悉尼大学开发了类似“乐高”的光电芯片架构

2023-12-06 11:28

近日，悉尼大学纳米研究所（USNI）的研究人员发明了一种紧凑的硅半导体芯片，它将电子元件与光子元件集成在一起。这项新技术大大扩展了无线电频率带宽，并提高了准确控制流经设备的信息的能力。

扩展的带宽，意味着更多的信息可以通过芯片流动，并且包含光子学来实现先进的滤波器控制，创造出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电信的推出，并为先进自主制造打开了大门。它还可以帮助在西悉尼航空城（Aerotropolis）等地建立高科技增值工厂。

该芯片采用一种新兴的硅光子学技术，可以在宽度小于5毫米的半导体上集成多种系统。指导研究团队的副校长Ben Eggleton教授将其比作组装乐高积木，使用电子小芯片将新材料通过先进的组件封装集成在一起。

这项发明的研究已经发表在《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Alvaro Casas Bedoya博士表示，异质材料集成的独特方法已经酝酿了10年。

他说：“利用海外半导体代工厂制造基本芯片晶圆，加上当地的研究基础设施和制造业，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自主芯片制造，而不必完全依赖国际代工厂进行增值流程。”

Eggleton教授强调，澳大利亚政府的国家利益关键技术清单上的大多数项目都依赖于半导体。他称，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澳大利亚半导体部门服务局（S3B）等倡议非常契合，该倡议旨在发展当地的半导体生态系统。

S3B董事Nadia Court博士评论称：“这项工作与我们推动半导体技术进步的使命一致，为澳大利亚半导体创新的未来带来了巨大的希望。在全球对该行业的关注和投资增加的关键时刻，这一结果加强了当地在研究和设计方面的实力。”

该集成电路是与澳大利亚国立大学的科学家合作设计的，在悉尼大学纳米科学中心的核心研究设施洁净室建造，该中心是一座专门建造的耗资1．5亿澳元（1亿美元／ 9200万欧元）的建筑，拥有先进的光刻和沉积设备。

芯片中的光子电路，将用于打造出一个具有15千兆赫带宽的可调频率的设备，频谱分辨率降至仅37兆赫，不到总带宽的四分之一。Eggleton教授表示：“在我们的博士生Matthew Garrett的带领下，这项发明是微波光子学和集成光子学研究的重大进步。”

“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，它提供了精确过滤不同频率的灵活性，减少了电磁干扰，提高了信号质量。我们将先进功能集成到半导体芯片中的创新方法，特别是硫系玻璃与硅的异质集成，具有重塑当地半导体格局的潜力。”

合著者和高级研究员Moritz Merklein博士表示：“这项工作为具有宽带频率可调性的新一代紧凑，高分辨率RF光子滤波器铺平了道路，特别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开辟了可能性。”

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