科学家发明了一种紧凑的半导体芯片，集成了电子和光子学，大大提高了射频带宽和控制。这一突破对先进的电信和雷达系统至关重要，标志着半导体技术迈出了重要一步，提升了澳大利亚在半导体研究和制造方面的潜力(艺术家的概念)。来源:SciTechDaily.com
悉尼大学纳米研究所的研究人员已经开发出一种小型硅半导体芯片，它结合了电子和光子(基于光的)元素。这一创新极大地提高了射频(RF)带宽和准确控制流经设备的信息的能力。
扩展的带宽意味着更多的信息可以通过芯片流动，并且包含光子学允许先进的滤波器控制，创造出多功能的新型半导体器件。
研究人员预计，该芯片将应用于先进雷达、卫星系统、无线网络以及6G和7G电信的推出，并为先进的主权制造打开大门。它还可以帮助在西悉尼航空城(Aerotropolis)等地建立高科技增值工厂。
悉尼大学悉尼纳米科学中心的Alvaro Casas Bedoya博士拿着用于制造半导体的硅片。图片来源:Stefanie Zingsheim/悉尼大学
创新设计与施工
该芯片采用了硅光子学中的一种新兴技术，可以在宽度小于5毫米的半导体上集成多种系统。指导研究团队的副校长本·埃格尔顿教授将其比作组装乐高积木，使用电子“小芯片”将新材料通过先进的组件封装集成在一起。
这项发明的研究已经发表在《自然通讯》上。
领导芯片设计的物理学院光子集成副主任Alvaro Casas Bedoya博士说，这种独特的异质材料集成方法已经酝酿了10年。
他说:“利用海外半导体代工厂制造基本芯片晶圆，加上当地的研究基础设施和制造业，对开发这种光子集成电路至关重要。”“这种架构意味着澳大利亚可以发展自己的自主芯片制造，而不必完全依赖国际代工厂进行增值流程。”
Alvaro Casas Bedoya博士(拿着芯片)和Ben Eggleton教授在悉尼大学纳米研究所的悉尼纳米科学中心。图片来源:Stefanie Zingsheim/悉尼大学
Eggleton教授强调了一个事实，即联邦政府的国家利益关键技术清单上的大多数项目都依赖于半导体。
战略我重要性和本地影响
他说，这项发明意味着悉尼纳米公司的工作与新南威尔士州政府赞助的半导体部门服务局(S3B)等倡议非常契合，该倡议旨在发展当地的半导体生态系统。
S3B主任Nadia Court博士表示:“这项工作与我们推动半导体技术进步的使命相一致，为澳大利亚半导体创新的未来带来了巨大的希望。在全球对该行业的关注和投资增加的关键时刻，这一结果加强了当地在研究和设计方面的实力。”
该集成电路是与澳大利亚国立大学的科学家合作设计的，是在悉尼大学纳米科学中心的核心研究设施洁净室建造的，该中心是一座专门建造的耗资1.5亿美元的建筑，拥有先进的光刻和沉积设备。
技术突破和未来潜力
芯片中的光子电路意味着该设备具有令人印象深刻的15千兆赫的可调频率带宽，频谱分辨率仅为37兆赫，不到总带宽的四分之一。
Eggleton教授说:“在我们令人印象深刻的博士生Matthew Garrett的带领下，这项发明是微波光子学和集成光子学研究的重大进步。微波光子滤波器在现代通信和雷达应用中起着至关重要的作用，它提供了精确过滤不同频率的灵活性，减少了电磁干扰，
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，特别是硫系玻璃与硅的异质集成，具有重塑当地半导体格局的潜力。”
合著者和高级研究员Moritz Merklein博士说:“这项工作为具有宽带频率可调性的新一代紧凑，高分辨率RF光子滤波器铺平了道路，特别有利于空中和太空射频通信有效载荷，为增强通信和传感能力开辟了可能性。”
参考文献:“利用非均匀集成布里louin和有源硅光子电路的集成微波光子陷波滤波器”，作者:Matthew Garrett, Yang Liu, Moritz Merklein, Cong Tinh Bui, Choon Kong Lai, Duk-Yong Choi, Stephen J. Madden, Alvaro Casas-Bedoya和Benjamin J. Eggleton, 2024年11月20日，Nature Communications。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 43404 - x
这项研究由澳大利亚研究委员会资助。
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