快速、低成本制造光子集成电路的激光打印机

原创 MEMS 2024-02-22 00:01

开发光子集成电路(PIC)是一项高成本且耗时的过程。其纳米加工设施的建造成本高达数百万美元,远远超出了许多高校和研究实验室的承受能力。

即便拥有纳米加工设施,仍需要耗费一定的时间来完成制造这些微型芯片所需要的严苛光刻工艺。此外,如果设计出错,或者芯片由于其他原因无法正常工作,就必须丢弃有问题的光子集成电路,调整设计并制造新的芯片。这往往需要在无尘室中耗费数天甚至数周的时间。

据麦姆斯咨询报道,美国华盛顿大学(University of Washington)的研究人员开发出了一种几乎可以在任何地方制造光子集成电路的方法。这种技术类似刻录CD和DVD,可以通过激光写入器在相变材料薄膜中写入、擦除并修改光子集成电路。该工艺只需在纳米制造实验室花费很短的时间就能构建并重新配置光子集成电路。


直接写入并可重写相变光子集成电路

该论文第一作者、华盛顿大学研究生Changming Wu说:“我们将之前需要耗费一整天的过程,缩短到只需要几分钟。”

由华盛顿大学物理学教授Mo Li领导的研究小组开发出了一种方法,利用与传统台式激光打印机差不多大小的快速、低成本设备打印并重新配置了光子集成电路。研究人员通过构建用于可重构网络的光互连结构、用于光计算的光子存储交叉阵列以及用于光信号处理的可调光滤波器,展示了这种激光打印机的多功能性。


直接写入光子元件及其表征

利用这种新方法,以前必须在高成本且难获得的纳米加工设施中制造的光子集成电路,现在可以在实验室、教室甚至车间中,通过传统台式激光打印机差不多大小的快速、低成本设备进行打印和重新配置。

对于研究人员来说,这一进步将大大缩短原型制作和测试新想法的周期,并节省在纳米加工设施上耗费的宝贵时间。对于工业应用而言,这种生产光子集成电路方法的重要优势之一,是可重新配置。例如,厂商有可能利用这种技术在数据中心创建可重新配置的光连接,特别是对于支持人工智能和机器学习的系统,这将节省成本并提高生产效率。

虽然该打印机已经展示了其多功能性,但仍处于早期开发阶段。不过,Li教授已经提交了一份临时专利申请,并正计划制造一种用于光子集成电路的台式激光写入器。


利用激光写入器制作的可编程光子开关阵列和存储交叉阵列

该团队将在制作原型的过程中进一步优化其性能。他们还将通过研究材料科学和激光写入技术,努力减少相变材料的光学损耗。这将使打印机能够生产出比目前更精细、更复杂的电路。

Li教授希望这种打印机能以合理的价格出售,并广泛分销给世界各地的研究实验室和教育机构。他还正在与行业领导厂商接触,以促进这项新技术在可编程光子芯片和可重构光网络中的可能应用。

延伸阅读:
《半导体光子集成电路(PIC)技术及市场-2022版》

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