革命性的"乐高式"光子芯片为先进半导体技术突破铺平道路

悉尼大学纳米研究所的研究人员开发出一种小型硅半导体芯片，它将电子和光子（基于光）元素结合在一起。这项创新极大地增强了射频（RF）带宽和精确控制流经该装置的信息的能力。带宽的扩大意味着更多的信息可以流经芯片，而光子元件的加入则可以实现先进的滤波控制，从而创造出一种多功能的新型半导体器件。

研究人员预计，这种芯片将应用于先进的雷达、卫星系统、无线网络以及 6G 和 7G 电信的推广，并为先进的主权制造打开大门。它还能帮助在西悉尼航空城等地建立高科技增值工厂。

阿尔瓦罗-卡萨斯-贝多亚（Alvaro Casas Bedoya）博士在悉尼大学的悉尼纳米科学中心，手持用于制造半导体的硅晶片。图片来源：Stefanie Zingsheim/悉尼大学

该芯片是利用硅光子学中的一种新兴技术制造的，这种技术可以在不到5毫米宽的半导体上集成各种系统。指导研究团队的副校长（研究）本-埃格尔顿（Ben Eggleton）教授将其比喻为拼装乐高积木，通过先进的元件封装，利用电子"芯片"将新材料集成在一起。这项发明的研究成果已发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。

领导芯片设计的物理学院光子集成副主任阿尔瓦罗-卡萨斯-贝多亚（Alvaro Casas Bedoya）博士说，这种独特的异质材料集成方法已经酝酿了10年。

他说："利用海外半导体代工厂制造基本芯片晶圆与本地研究基础设施和制造相结合，对开发这种光子集成电路至关重要。这种架构意味着澳大利亚可以发展自己的主权芯片制造，而不必完全依赖国际代工厂的增值工艺。"

阿尔瓦罗-卡萨斯-贝多亚博士（手持芯片）和本-埃格尔顿教授在悉尼大学纳米研究所的悉尼纳米科学中心。图片来源：Stefanie Zingsheim/悉尼大学

埃格尔顿教授强调，澳大利亚联邦政府国家利益关键技术清单上的大多数项目都依赖于半导体。这项发明意味着悉尼纳米公司的工作与新南威尔士州政府赞助的半导体行业服务局（S3B）等旨在发展本地半导体生态系统的倡议不谋而合。

S3B主任Nadia Court博士说："这项工作与我们推动半导体技术进步的使命相契合，为澳大利亚半导体创新的未来带来了巨大希望。在全球对半导体行业的关注和投资日益增加的关键时刻，这项成果增强了澳大利亚在研究和设计领域的实力。"

该集成电路是与澳大利亚国立大学（Australian National University）的科学家合作设计的，在悉尼大学纳米科学中心（University of Sydney Nanoscience Hub）的核心研究设施洁净室（Core Research Facility cleanroom）制造完成。

芯片中的光子电路意味着该设备具有令人印象深刻的 15 千兆赫兹可调频率带宽，光谱分辨率低至 37 兆赫兹，不到总带宽的四分之一。

埃格尔顿教授说："这项发明由我们令人印象深刻的博士生马修-加勒特（Matthew Garrett）领导，是微波光子学和集成光子学研究的重大进展。微波光子滤波器在现代通信和雷达应用中发挥着至关重要的作用，它可以灵活地精确过滤不同的频率，减少电磁干扰并提高信号质量。我们将先进功能集成到半导体芯片中的创新方法，特别是卤化玻璃与硅的异质集成，有望重塑本地半导体的格局。"

这项研究的合著者兼高级研究员莫里茨-默克莱因（Moritz Merklein）博士说："这项工作为新一代具有宽带频率可调谐性的紧凑型高分辨率射频光子滤波器铺平了道路，尤其有利于空中和太空射频通信有效载荷，为增强通信和传感能力提供了可能性。"

编译来源：ScitechDaily