Đại học Sydney phát triển kiến ​​trúc chip quang điện tử 'giống Lego'

Mới đây, các nhà nghiên cứu của Viện Nano Đại học Sydney (USNI) đã phát minh ra một con chip bán dẫn silicon nhỏ gọn, đây sẽ là các linh kiện điện tử và linh kiện quang tử được tích hợp với nhau. Công nghệ mới này giúp mở rộng đáng kể băng thông tần số vô tuyến và cải thiện khả năng kiểm soát chính xác thông tin truyền qua thiết bị.
Băng thông mở rộng có nghĩa là nhiều thông tin hơn có thể truyền qua chip và bao gồm quang tử để điều khiển bộ lọc nâng cao, tạo ra các thiết bị bán dẫn mới đa năng.
Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng con chip này sẽ được sử dụng để triển khai radar, hệ thống vệ tinh, mạng không dây và viễn thông 6G và 7G tiên tiến, đồng thời mở ra cơ hội cho ngành sản xuất tự động tiên tiến. Nó cũng có thể giúp thành lập các nhà máy có giá trị gia tăng công nghệ cao ở những nơi như Aerotropolis ở Tây Sydney.
Con chip này sử dụng công nghệ quang tử silicon mới nổi có thể tích hợp nhiều hệ thống trên chất bán dẫn có chiều rộng dưới 5 mm. Phó hiệu trưởng Giáo sư Ben Eggleton, người chỉ đạo nhóm nghiên cứu, đã ví nó giống như việc lắp ráp Lego, sử dụng các chip điện tử nhỏ để tích hợp các vật liệu mới thông qua việc đóng gói linh kiện tiên tiến.
Nghiên cứu về phát minh này đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Tiến sĩ Alvaro Casas Bedoya, phó giám đốc Tích hợp Quang tử tại Trường Vật lý, người đứng đầu thiết kế chip, cho biết cách tiếp cận độc đáo để tích hợp vật liệu không đồng nhất đã được thực hiện trong 10 năm.
Ông nói: “Việc sử dụng các xưởng đúc bán dẫn ở nước ngoài để sản xuất các tấm chip cơ bản, cùng với cơ sở hạ tầng nghiên cứu và sản xuất trong nước, là rất quan trọng đối với sự phát triển của các mạch tích hợp quang tử như vậy”. Kiến trúc này có nghĩa là Australia có thể phát triển hoạt động sản xuất chip nội bộ của riêng mình. mà không cần phải phụ thuộc hoàn toàn vào các xưởng đúc quốc tế cho các quy trình giá trị gia tăng."
Giáo sư Eggleton nhấn mạnh rằng hầu hết các hạng mục trong danh sách công nghệ then chốt được lợi ích quốc gia của Chính phủ Australia đều dựa vào chất bán dẫn. Ông tuyên bố rằng phát minh này có nghĩa là công việc của Sydney Nano rất phù hợp với các sáng kiến ​​như Cục Dịch vụ ngành bán dẫn do Chính phủ NSW tài trợ (S3B) ở Úc, nhằm phát triển hệ sinh thái bán dẫn địa phương.
Tiến sĩ Nadia Court, Giám đốc S3B, nhận xét: "Công việc này phù hợp với sứ mệnh của chúng tôi là thúc đẩy công nghệ bán dẫn phát triển và hứa hẹn nhiều hứa hẹn cho tương lai của đổi mới chất bán dẫn ở Úc. Kết quả này củng cố thế mạnh của địa phương trong nghiên cứu và thiết kế vào thời điểm quan trọng sự quan tâm và đầu tư toàn cầu ngày càng tăng trong lĩnh vực này."
Mạch tích hợp được thiết kế với sự hợp tác của các nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Úc và được xây dựng trong phòng sạch tại cơ sở nghiên cứu cốt lõi của Trung tâm Khoa học nano của Đại học Sydney, được xây dựng có mục đích trị giá 150 triệu đô la Úc (100 triệu đô la Mỹ / 92 triệu euro) tòa nhà với thiết bị in thạch bản và lắng đọng tiên tiến.
Giáo sư Eggleton cho biết, các mạch quang tử trong chip sẽ được sử dụng để tạo ra một thiết bị có tần số có thể điều chỉnh được với băng thông 15 gigahertz, với độ phân giải quang phổ xuống chỉ còn 37 MHz, chưa đến một phần tư tổng băng thông. Được dẫn dắt bởi nghiên cứu sinh tiến sĩ Matthew Garrett của chúng tôi, phát minh này là một tiến bộ đáng kể về nghiên cứu quang tử vi sóng và quang tử tích hợp.”
"Bộ lọc quang tử vi sóng đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng radar và truyền thông hiện đại, mang lại sự linh hoạt để lọc chính xác các tần số khác nhau, giảm nhiễu điện từ và cải thiện chất lượng tín hiệu. Cách tiếp cận đổi mới của chúng tôi nhằm tích hợp chức năng tiên tiến vào chip bán dẫn, đặc biệt là sự tích hợp không đồng nhất của lưu huỳnh- dựa trên thủy tinh với silicon, có khả năng định hình lại bối cảnh bán dẫn địa phương."
Đồng tác giả và nhà nghiên cứu cấp cao, Tiến sĩ Moritz Merklein cho biết: "Công trình này mở đường cho một thế hệ mới của bộ lọc quang tử RF nhỏ gọn, độ phân giải cao với khả năng điều chỉnh tần số băng thông rộng, đặc biệt có lợi cho tải trọng liên lạc RF trên không và trong không gian, mở ra khả năng nâng cao khả năng liên lạc và cảm nhận."