🔬 Новые материалы. Горизонты технологий. Кремниевая фотоника

Imec интегрировал модуляторы из ниобата и танталата лития на платформу кремниевой фотоники

Развитие облачных вычислений и ИИ требует кардинального увеличения пропускной способности оптических линий связи внутри ЦОД и между ними. Нужны скорости от 400 Гбит/с и выше. Считается, что дальнейшего наращивания доступных скоростей необходимы материалы с высоким электрооптическим коэффициентом от которого также требуется совместимость с КМОП-технологией.

Какие материалы перспективны?

Это, прежде всего, ниобат лития (LiNbO₃), исходя из его высокого электрооптического сопротивления. Впрочем, интересен и танталат лития (LiTaO₃) - стабильный материал, прозрачный в УФ-диапазоне и термостойкий. Наличие лития в каждом из этих материалов затрудняет их стыковку со стандартными КМОП. В частности, традиционный бондинг пластин при работе с этими материалами считается неэффективным, приходится удалять много материала, пост-бондинговых операций много, они трудоемки.

В чем прорыв?

Исследователи из imec и Гентского университета предложили использовать метод микротрансферной печати. И показали на конференции успешную интеграцию - тонкопленочный модулятор Маха-Цандера на основе ниобата лития они поместили на платформу кремниевой фотоники.

В демонстрации применялся германиевый фотодиод с полосой 100 ГГц, перенесенные микротрансферной печатью модуляторы, трансимпедансные усилители в едином корпусе с фотонным чипом. Удалось показать, что с использованием O-диапазона (1260-1360 ГГц) получается передавать сигнал со скоростью 320 Гбит/с на 2 км по одномодовому волокну (без промежуточного усиления). Этот подход обещает возможность дотянуть скорость передачи данных и до 400 Гбит/с на линию.

Та же технология, но для танталата лития

Та же команда ученых реализовала гетерогенную интеграцию модулятора из LiTaO₃ на кремниевый фотонный чип. Использовалась также микротрансферная печать, что подтвердило универсальность метода - он позволяет без ущерба для характеристик совмещать нагреватели, оптические фильтры и германиевые фотодетекторы. Скорее всего, подойдет этот метод и для ряда других материалов.

Значение

Как всегда с новыми материалами, вряд ли можно ожидать перехода на них и на микротрансферный подход уже завтра. Тем не менее, это не «чистая наука», развлечение для ученых, демонстрация показала, что нет ключевых ограничений на пути к получению 400 Гбит/с на канал (на одномодовое оптоволокно).

🎓 Напомню, в чем суть микротрансферного метода. Механизм состоит из трех ключевых этапов.

1. Подготовка к переносу. Полупроводниковую структуру выращивают на «родной» для нее подложке. К ней структура крепится тонкими нитями (tether), чтобы легко было ее снять под ней создают «слабый» слой.

2. Забор структуры (pick-up). Эластичный штамп, обычно из ПДМС (полидиметилсилоксан) прижимают к структуре. Силы Ван-дер-Ваальса «прижимают» структуру к штампу сильнее, чем она «держалась» за подложку. При подъеме тонкие и хрупкие нити ломаются, структура отделяется (подложку можно использовать повторно).

3. «Посадка» (printing). Штамп на котором роль чернил исполняет полупроводниковая структура аккуратно прижимают к новой подложке, например, кремниевой, стеклянной или пластиковой. При определенном расстоянии и давлении, адгезия между структурой и новой подложкой становится выше, чем между структурой и штампом. Соответственно, при подъеме штампа, структура остается на новой подложке.

Используя штамп с множеством выступов за один раз можно перенести не одну структуру, а целый их массив, что делает процесс эффективным.

((картинки TechExplore))

✓ подписаться на канал,
✓ наши новости можно читать также на MForum и в ВК