Forskare vid University of Sydney Nano Institute har uppfunnit ett kompakt kiselhalvledarchip som integrerar elektronik med fotoniska eller ljuskomponenter. Den nya tekniken utökar avsevärt radiofrekvensbandbredden (RF) och möjligheten att korrekt kontrollera information som flödar genom enheten.
Utökad bandbredd innebär att mer information kan flöda genom chipet och inkluderingen av fotonik möjliggör avancerade filterkontroller, vilket skapar en mångsidig ny halvledarenhet.
Forskare förväntar sig att chippet kommer att ha tillämpningar inom avancerad radar, satellitsystem, trådlösa nätverk och utbyggnaden av 6G och 7G telekommunikation och även öppna dörren till avancerad suverän tillverkning. Det kan också hjälpa till att skapa högteknologiska värdeskapande fabriker på platser som västra Sydneys Aerotropolis-distrikt.
Chipet är byggt med en framväxande teknologi inom kiselfotonik som möjliggör integration av olika system på halvledare som är mindre än 5 millimeter breda. Prorektor (forskning) Professor Ben Eggleton, som vägleder forskargruppen, liknade det vid att passa ihop Lego-byggklossar, där nya material integreras genom avancerad paketering av komponenter, med hjälp av elektroniska "chiplets."
Forskningen för denna uppfinning har publicerats i Nature Communications .
Dr. Alvaro Casas Bedoya, biträdande direktör för fotonisk integration vid School of Physics, som ledde chipdesignen, sa att den unika metoden för integrering av heterogena material har varit under 10 år.
"Den kombinerade användningen av utländska halvledargjuterier för att göra den grundläggande chipwafern med lokal forskningsinfrastruktur och tillverkning har varit avgörande för att utveckla denna fotoniska integrerade krets," sa han.
"Denna arkitektur innebär att Australien kan utveckla sin egen suveräna chiptillverkning utan att enbart förlita sig på internationella gjuterier för mervärdesprocessen."
Professor Eggleton betonade det faktum att de flesta av objekten på den federala regeringens lista över kritiska teknologier i nationellt intresse är beroende av halvledare.
Han sa att uppfinningen innebär att arbetet på Sydney Nano passar bra med initiativ som Semiconductor Sector Service Bureau (S3B), sponsrat av NSW-regeringen, som syftar till att utveckla det lokala halvledarekosystemet.
Dr. Nadia Court, direktör för S3B, sa:"Detta arbete är i linje med vårt uppdrag att driva framsteg inom halvledarteknologi, vilket har ett stort löfte för framtiden för halvledarinnovation i Australien. Resultatet förstärker lokal styrka inom forskning och design vid en avgörande tidpunkt ökat globalt fokus och investeringar i sektorn."
Designad i samarbete med forskare vid Australian National University, byggdes den integrerade kretsen i Core Research Facility renrum vid University of Sydney Nanoscience Hub, en specialbyggd byggnad för 150 miljoner dollar med avancerad litografi och deponeringsfaciliteter.
Den fotoniska kretsen i chippet innebär en enhet med en imponerande 15 gigahertz bandbredd av avstämbara frekvenser med spektral upplösning ner till bara 37 megahertz, vilket är mindre än en fjärdedel av en procent av den totala bandbredden.
Professor Eggleton sa:"Ledd av vår imponerande doktorand Matthew Garrett är denna uppfinning ett betydande framsteg för mikrovågsfotonik och integrerad fotonikforskning.
"Mikrovågsfotoniska filter spelar en avgörande roll i moderna kommunikations- och radartillämpningar, och erbjuder flexibiliteten att exakt filtrera olika frekvenser, minska elektromagnetisk störning och förbättra signalkvaliteten.
"Vårt innovativa tillvägagångssätt för att integrera avancerade funktioner i halvledarchips, särskilt den heterogena integrationen av kalkogenidglas med kisel, har potentialen att omforma det lokala halvledarlandskapet."
Medförfattare och seniorforskare Dr. Moritz Merklein sa:"Detta arbete banar väg för en ny generation av kompakta, högupplösta RF-fotoniska filter med bredbandsfrekvensavstämning, särskilt fördelaktigt i luft- och rymdburna RF-kommunikationsnyttolaster, vilket öppnar möjligheter för förbättrade kommunikations- och avkänningsmöjligheter."
Mer information: Matthew Garrett et al, Integrated microwave photonic notch-filter som använder en heterogent integrerad Brillouin och aktiv kisel fotonisk krets, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43404-x
Tillhandahålls av University of Sydney
