Фотонні чипи стануть ефективнішими і дешевшими: вчені на порозі революції в галузі обчислень

Дослідники з Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL) і Шанхайського інституту мікросистем та інформаційних технологій (SIMIT) створили новий вид фотонних інтегральних схем (PIC). Такі чипи з танталату літію обіцяють підвищену продуктивність, економічність і ширший потенціал застосування, пише Interesting Engineering.

PIC об'єднують кілька оптичних пристроїв і функцій на одному чипі. З моменту свого першого розроблення PIC зробили революцію в системах оптичного зв'язку та обчислень. Такі інтегральні схеми на основі кремнію використовувалися впродовж багатьох років через їхню економічну ефективність та інтеграцію з наявними технологіями виробництва напівпровідників. Однак вони мають обмеження в смузі пропускання електрооптичної модуляції. Проте, незважаючи на ці обмеження, чипи оптичних приймачів типу "кремній на ізоляторі" успішно комерціалізуються. На сьогодні переважним варіантом PIC є пластина ніобату літію на ізоляторі.

PIC із танталату літію — нові можливості

Танталат літію — це неорганічна сполука солі літію і танталової кислоти з формулою LiTaO₃ у вигляді безбарвних кристалів (ред.). Ця речовина здатна здешевити виробництво фотонних інтегральних схем, оскільки володіє чудовими електрооптичними властивостями, аналогічними ніобату літію, але має переваги з точки зору масштабованості та вартості. Це особливо актуально, оскільки телекомунікаційна галузь вже широко використовує її в радіочастотних фільтрах 5G.

Новий тип PIC може здійснити революцію в галузі телекомунікацій, підвищивши якість і економічність чипів. Щоб підтвердити це на практиці, дослідники створили метод з'єднання пластин танталату літію за допомогою ліній з виробництва кремнію на ізоляторі. Потім вони замаскували пластину алмазоподібним вуглецем і протруїли оптичні хвилеводи, модулятори та мікрорезонатори. Процес травлення був здійснений шляхом об'єднання методів фотолітографії в глибокому ультрафіолеті (DUV) і сухого травлення.

Ці методи спочатку були розроблені для ніобату літію, а потім адаптовані для більш твердого та інертного танталату літію. Під час процесу адаптації параметри травлення були оптимізовані для зниження оптичних втрат, що є критичним фактором для досягнення високих характеристик фотонних схем.

Виготовлені PIC з танталату літію демонструють високу ефективність з коефіцієнтом оптичних втрат лише 5,6 дБ/м і електрооптичною смугою пропускання 40 ГГц. Вони здатні забезпечити високошвидкісну передачу даних для систем оптичного зв'язку наступного покоління.

"Підтримуючи високоефективні електрооптичні характеристики, ми також створили на цій платформі солітонну мікросоту", — пояснив Ченлі Ван, співавтор дослідження. — "Ці солітонні мікрогребінки мають велику кількість когерентних частот і в поєднанні з можливостями електрооптичної модуляції підходять для таких додатків, як паралельні когерентні LiDAR і фотонні обчислення".

Танталат літію PIC має знижене подвійне променезаломлення. Це означає, що він менше залежить від поляризації світла і напрямку поширення. Такі умови дають змогу створювати щільні конфігурації каналів і забезпечує широкі експлуатаційні можливості в усіх діапазонах телекомунікацій.

Раніше ми писали про те, що трапиться з виробництвом чипів, якщо Китай захопить Тайвань. У Мінторзі США вважають, що війна Китаю і Тайваню може дуже сильно послабити техносектор США.