“像乐高一样拼装”光子芯片为半导体行业打开新大门

悉尼大学纳米研究所的研究人员发明了一种紧凑的硅半导体芯片，将电子元件与光子（或光）元件集成在一起。这种新技术显著扩展了射频（RF）带宽和准确控制通过该单元流动的信息的能力。

扩展的带宽意味着更多信息可以通过芯片传输，并且光子的引入允许先进的滤波器控制，创造了一种多功能的新型半导体设备。

研究人员预计该芯片将在先进雷达、卫星系统、无线网络以及6G和7G电信的推出等领域应用，并且还将为先进的主权制造业敞开大门。它还有助于在西悉尼Aerotropolis区域等地创建高科技附加值工厂。

该芯片采用了硅光子学中的新兴技术，允许在不到5毫米宽的半导体上集成各种系统。负责指导研究团队的副校长（研究）Ben Eggleton教授将其比喻为拼装乐高积木，通过电子“芯片片”将新材料通过组件的先进封装集成在一起。

这一发明的研究成果已发表在《自然通讯》杂志上。

物理学学院光子集成副主任Alvaro Casas Bedoya博士领导了芯片设计，他表示这种异质材料集成的独特方法已经发展了10年。

他说：“利用海外半导体工厂制造基本芯片晶圆，结合本地研究基础设施和制造业对于开发这种光子集成电路至关重要。”

Eggleton教授强调了澳大利亚联邦政府《国家利益关键技术清单》上的大多数项目都依赖于半导体。

他表示，这一发明意味着悉尼纳米的工作与新南威尔士政府赞助的半导体行业服务局（S3B）等倡议很契合，该机构旨在发展本地半导体生态系统。

S3B主任Nadia Court博士表示：“这项工作符合我们推动半导体技术进步的使命，为澳大利亚半导体创新的未来带来了巨大的希望。这一结果强化了在全球关注和投资增加的关键时刻本地在研究和设计方面的优势。”

与澳大利亚国立大学的科学家合作设计的集成电路在悉尼大学纳米科学中心的核心研究设施净化室内建造，该设施是一座价值1.5亿美元的专业建筑，配备了先进的光刻和沉积设备。

芯片中的光子电路意味着一个具有令人印象深刻的15吉赫的频宽，可调频率的设备，光谱分辨率仅为37兆赫兹，这不到总带宽的四分之一。

Eggleton教授表示：“在我们出色的博士生Matthew Garrett的带领下，这一发明对微波光子学和集成光子学研究来说是一次重大的进步。

“微波光子滤波器在现代通信和雷达应用中发挥着关键作用，提供了精确过滤不同频率的灵活性，减少电磁干扰并提高信号质量。

“我们将先进功能集成到半导体芯片中的创新方法，尤其是氧化硅与硅的异质集成，有可能重塑本地半导体行业格局。”

共同作者、高级研究员Moritz Merklein博士表示：“这项工作为新一代紧凑型、高分辨率的射频光子滤波器铺平了道路，具有宽带频率可调性，在空中和太空射频通信负载中特别有益，为增强通信和感知能力打开了可能性。”