La puce photonique révolutionnaire « de type LEGO » ouvre la voie à des percées dans le domaine des semi-conducteurs

L’intégration de photons dans des puces électroniques améliore la bande passante et le contrôle des filtres.

Des chercheurs du Nano Institute de l’Université de Sydney ont développé une petite puce semi-conductrice en silicium qui combine des éléments électroniques et photoniques (basés sur la lumière). Cette innovation améliore considérablement la bande passante radiofréquence (RF) et la capacité de contrôler avec précision les informations circulant à travers l’unité.

La bande passante étendue signifie que davantage d’informations peuvent circuler à travers la puce et l’inclusion de la photonique permet des contrôles de filtre avancés, créant ainsi un nouveau dispositif semi-conducteur polyvalent.

Les chercheurs s’attendent à ce que la puce ait des applications dans les radars avancés, les systèmes satellitaires, les réseaux sans fil et le déploiement des télécommunications 6G et 7G, et ouvre également la porte à une fabrication souveraine avancée. Cela pourrait également contribuer à la création d’usines de haute technologie à valeur ajoutée dans des endroits comme le quartier Aerotropolis de l’ouest de Sydney.

Le Dr Alvaro Casas Bedoya au Sydney Nanoscience Hub de l’Université de Sydney tient une plaquette de silicium utilisée pour fabriquer des semi-conducteurs. Crédit : Stefanie Zingsheim/Université de Sydney

Conception et construction innovantes

La puce est construite à l’aide d’une technologie émergente en photonique sur silicium qui permet l’intégration de divers systèmes sur semi-conducteurs moins de 5 millimètres de large. Le professeur Ben Eggleton, vice-chancelier adjoint (recherche), qui dirige l’équipe de recherche, l’a comparé à l’assemblage de blocs de construction Lego, où de nouveaux matériaux sont intégrés via un emballage avancé de composants, à l’aide de « chiplets » électroniques.

La recherche pour cette invention a été publiée dans Communications naturelles.

Le Dr Alvaro Casas Bedoya, directeur associé pour l’intégration photonique à l’École de physique, qui a dirigé la conception de la puce, a déclaré que la méthode unique d’intégration de matériaux hétérogènes était en cours d’élaboration depuis 10 ans.

« L’utilisation combinée de fonderies de semi-conducteurs étrangères pour fabriquer la puce de base avec une infrastructure de recherche et de fabrication locale a été vitale dans le développement de ce circuit intégré photonique », a-t-il déclaré. « Cette architecture signifie que l’Australie pourrait développer sa propre fabrication de puces souveraines sans s’appuyer exclusivement sur des fonderies internationales pour le processus à valeur ajoutée. »

Dr Alvaro Casas Bedoya (tenant la puce) et professeur Ben Eggleton au Sydney Nanoscience Hub de l’Université de Sydney Nano Institute. Crédit : Stefanie Zingsheim/Université de Sydney

Le professeur Eggleton a souligné le fait que la plupart des éléments figurant sur la liste du gouvernement fédéral des technologies critiques d’intérêt national dépendent des semi-conducteurs.

Importance stratégique et impact local

Il a déclaré que l’invention signifie que les travaux de Sydney Nano s’intègrent bien aux initiatives telles que le Semiconductor Sector Service Bureau (S3B), parrainé par le gouvernement de Nouvelle-Galles du Sud, qui vise à développer l’écosystème local des semi-conducteurs.

Le Dr Nadia Court, directrice de S3B, a déclaré : « Ce travail s’aligne sur notre mission de faire progresser la technologie des semi-conducteurs, ce qui est très prometteur pour l’avenir de l’innovation dans les semi-conducteurs en Australie. Le résultat renforce la force locale en matière de recherche et de conception à une époque charnière où l’attention mondiale et les investissements dans le secteur augmentent.

Conçu en collaboration avec des scientifiques du Université nationale australiennele circuit intégré a été construit dans la salle blanche du Core Research Facility du Université de Sydney Nanoscience Hub, un bâtiment spécialement construit de 150 millions de dollars doté d’installations avancées de lithographie et de dépôt.

Percée technologique et potentiel futur

Le circuit photonique de la puce signifie un dispositif doté d’une bande passante impressionnante de 15 gigahertz de fréquences accordables avec une résolution spectrale allant jusqu’à seulement 37 mégahertz, soit moins d’un quart de un pour cent de la bande passante totale.

Le professeur Eggleton a déclaré : « Dirigée par notre impressionnant doctorant Matthew Garrett, cette invention constitue une avancée significative pour la photonique micro-ondes et la recherche en photonique intégrée. Les filtres photoniques micro-ondes jouent un rôle crucial dans les applications modernes de communication et de radar, offrant la flexibilité de filtrer avec précision différentes fréquences, réduisant ainsi les interférences électromagnétiques,

et améliorer la qualité du signal. Notre approche innovante consistant à intégrer des fonctionnalités avancées dans les puces semi-conductrices, en particulier l’intégration hétérogène du verre de chalcogénure avec du silicium, a le potentiel de remodeler le paysage local des semi-conducteurs.

Le co-auteur et chercheur principal, le Dr Moritz Merklein, a déclaré : « Ce travail ouvre la voie à une nouvelle génération de filtres photoniques RF compacts et haute résolution avec une accordabilité de fréquence à large bande, particulièrement bénéfique pour les charges utiles de communication RF aériennes et spatiales, ouvrant des possibilités d’amélioration. capacités de communication et de détection.

L’étude a été financée par le Conseil australien de la recherche.