Прорыв в кремниевой фотонике: микроперенос материалов открыл путь к более быстрым чипам

Рост систем искусственного интеллекта обостряет проблему пропускной способности традиционных электрических соединений внутри вычислительных систем. Одним из перспективных решений считается кремниевая фотоника — технология, передающая данные с помощью фотонов. Однако до сих пор существовало серьёзное ограничение: стандартное производство кремниевых чипов не позволяет легко интегрировать материалы с иными оптическими свойствами, необходимыми, например, для генерации света непосредственно на чипе.

Исследователи предложили выход из этой ситуации. В работе, опубликованной в Journal of Lightwave Technology, они демонстрируют, что технология micro-transfer printing (MTP, микроперенос) способна объединить кремниевую фотонику с другими полупроводниковыми материалами. Метод позволяет добавлять на кремниевые фотонные платформы миниатюрные компоненты из материалов, которые невозможно встроить в стандартный CMOS-процесс.

Технология MTP работает следующим образом: сначала на отдельной исходной пластине создаются тонкоплёночные устройства. Затем специальный эластомерный штамп захватывает выбранные компоненты и переносит их на целевую кремниевую пластину. После закрепления с помощью клеевого или прямого соединения формируется единая фотонная система из разных материалов.

Главное преимущество такого подхода — независимость производства разных частей фотонного чипа. Каждый компонент изготавливается по оптимальной для него технологии, а затем они объединяются в одной архитектуре. Это открывает возможность создавать кремниево-фотонные системы с лазерами, модуляторами и другими элементами, которые ранее было сложно совместить на одной платформе.

Среди уже продемонстрированных применений MTP — системы для обработки оптических и микроволновых сигналов, лазеры из арсенида галлия для виртуальной реальности, квантовых технологий и микроволновой фотоники, а также интеграция литий-ниобатных модуляторов с фотонными схемами на основе нитрида кремния.

Авторы исследования также представили пилотную линию для отработки ключевых этапов MTP под промышленное массовое производство. Среди оставшихся задач — повышение выхода компонентов, надёжности, скорости производства и создание устойчивой производственной инфраструктуры.

По мнению команды, дальнейшее развитие технологии может привести к промышленному выпуску сложных кремниевых фотонных систем для различных отраслей — от центров обработки данных до систем связи нового поколения.