Учёные преодолели главный барьер кремниевой фотоники, внедрив новые материалы в чипы

Бурное развитие технологий искусственного интеллекта обнажило критическую проблему: возможности традиционных медных соединений в вычислительных системах близки к исчерпанию. Перспективным ответом на этот вызов становится кремниевая фотоника, где данные передаются с помощью световых частиц — фотонов, что обеспечивает кратное увеличение скорости обмена информацией и значительное снижение задержек. Однако отрасль уперлась в технологический барьер: классические процессы производства кремниевых полупроводников крайне затрудняют внедрение материалов с принципиально иными оптическими характеристиками.

Согласно публикации в Journal of Lightwave Technology, технологический прорыв может быть обеспечен методом микропереноса (micro-transfer printing, MTP). Этот метод позволяет интегрировать в кремниевые фотонные платформы миниатюрные компоненты из материалов, которые ранее невозможно было совместить с традиционным циклом CMOS-производства.

Хотя фотонные интегральные схемы (PIC) уже активно применяются в телекоммуникациях и дата-центрах, стандартные кремниевые решения не обладают всем спектром функционала, необходимого для передовых систем — к примеру, они не способны эффективно генерировать свет. Для реализации подобных задач требуются специализированные материалы, такие как литий-ниобат или полупроводники групп III–V, обладающие необходимыми для фотоники свойствами.

Суть процесса MTP заключается в пошаговой сборке: сначала на отдельных подложках изготавливаются тонкоплёночные компоненты, которые затем с помощью эластомерного штампа переносятся на целевую кремниевую пластину. Последующая фиксация методами прямого или адгезивного соединения позволяет создавать монолитные гетероструктуры, объединяющие в себе преимущества различных полупроводников.

Ключевое достоинство данной методики — возможность независимой оптимизации производства каждого компонента с последующей их сборкой в единую архитектуру. Это открывает дорогу к проектированию высокопроизводительных систем, сочетающих лазеры, модуляторы и другие узлы на базе одной кремниевой платформы, что ранее считалось трудновыполнимой инженерной задачей.

На данный момент с помощью MTP уже успешно реализованы системы для микроволновой фотоники, интеграции нитрид-кремниевых схем с модуляторами из ниобата лития, а также созданы лазеры на основе арсенида галлия (GaAs), востребованные в квантовых вычислениях и VR-технологиях.

Разработчики уже представили концепт пилотной производственной линии, адаптированной для нужд индустрии. В настоящий момент усилия ученых сфокусированы на повышении надежности техпроцесса, выходе годных изделий и масштабируемости производства. По мнению экспертов, дальнейшая отработка MTP станет фундаментом для серийного выпуска сложных фотонных систем нового поколения, способных удовлетворить потребности самых прогрессивных высокотехнологичных отраслей.

Источник: iXBT