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El estudio fue seleccionado como portada de la revista Laser & Photonics Reviews. CRÉDITO HKUST |
Abstracto:
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) han desarrollado una nueva técnica de integración para la integración eficiente de dispositivos semiconductores compuestos III-V y silicio, allanando el camino para una integración fotónica de bajo costo, alto volumen y alta velocidad. Rendimiento nivelado Esto podría revolucionar la comunicación de datos.
Los investigadores de HKUST están desarrollando una nueva tecnología de integración para el acoplamiento eficiente de III-V y silicio.
Hong Kong, China | Publicado el 16 de febrero de 2024
A diferencia de los circuitos integrados tradicionales o microchips que utilizan electrones, los circuitos integrados fotónicos utilizan fotones o partículas de luz. La integración fotónica combina luz y electrónica para acelerar la transferencia de datos. La fotónica de silicio (fotónica de Si), en particular, está a la vanguardia de esta revolución, permitiendo la creación de interconexiones de alta velocidad y bajo costo que pueden procesar cantidades masivas de datos a la vez.
Si bien el silicio puede realizar funciones ópticas pasivas, tiene dificultades con tareas activas como generar luz (láseres) o detectar luz (fotodetectores), ambos componentes clave para la generación y lectura de datos. Esto requiere la integración de semiconductores III-V (que utilizan materiales de los grupos III y V de la tabla periódica) en un sustrato de silicio para una funcionalidad completa y una eficiencia mejorada.
Pero si bien los semiconductores III-V realizan bien las tareas activas, inherentemente no funcionan bien con el silicio. El equipo dirigido por el Prof. Ying.
Desarrollaron una técnica llamada Trampa de relación de aspecto lateral (LART), un novedoso método de epitaxia directa selectiva que puede hacer crecer selectivamente materiales III-V sobre silicio sobre aislante (SOI) en la dirección lateral sin la necesidad de amortiguadores gruesos.
Si bien ningún método de integración descrito en la literatura podría resolver el desafío con una alta eficiencia de acoplamiento y un alto volumen de producción, su método logró un láser III-V en el plano, de modo que el láser III-V puede acoplarse con Si en el mismo plano de manera eficiente.
“Nuestro enfoque abordó la discrepancia entre los dispositivos III-V y Si. Logró un rendimiento excelente de los dispositivos III-V e hizo que fuera fácil y eficiente acoplar III-V con Si”, afirmó el profesor XUE.
En las últimas décadas, el tráfico de datos ha crecido exponencialmente debido a las nuevas tecnologías como el big data, las aplicaciones en la nube y los sensores. El campo de los circuitos integrados (CI), también llamados microelectrónica, ha permitido este crecimiento al hacer que los dispositivos electrónicos sean más pequeños y rápidos gracias a la Ley de Moore. Se trata de la observación de que el número de transistores en un microchip se duplica aproximadamente cada dos años. Pero la actual explosión del tráfico de datos ha llevado los dispositivos electrónicos tradicionales al límite.
El comienzo de la era de los zettabytes en 2016 condujo a un rápido crecimiento en la generación, procesamiento, transmisión, almacenamiento y lectura de datos. Este aumento de datos presenta desafíos críticos en términos de velocidad, ancho de banda, costo y consumo de energía. Aquí es donde entra en juego la integración fotónica, particularmente la fotónica de Si.
En los próximos pasos, el equipo quiere demostrar que los láseres III-V con guías de ondas de silicio integradas pueden funcionar bien, p. B. por un umbral bajo, alta potencia de salida, larga vida útil y la capacidad de trabajar a altas temperaturas.
Hay importantes desafíos científicos que superar antes de que esta técnica pueda usarse en la vida real, dijo. Pero permitirá comunicaciones de nueva generación y diversas aplicaciones y áreas de investigación nuevas, incluidas supercomputadoras, inteligencia artificial (IA), biomedicina, aplicaciones automotrices y redes neuronales y cuánticas.
El estudio se publicó recientemente en la revista Laser & Photonics Reviews y apareció en la portada.
En este contexto, la Prof. La beca se utilizará para avanzar en su investigación.
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Janice Tsang
Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong
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