שיתוף הפעולה הניב שבב יחיד הפולט ומנחה אור, עם פוטנציאל לשימוש במחשבים ומרכזי נתונים עתידיים
סנטה קלרה, קליפורניה, 18 בספטמבר, 2006 – חוקרים באוניברסיטת קליפורניה שבסנטה ברברה (UCSB) ואינטל, יצרו את לייזר הסיליקון ההיברידי הראשון בעולם המונע באמצעות חשמל. השבב ייוצר מסיליקון בתהליך רגיל. טכנולוגיה זו מסירה את אחד המכשולים הקשים האחרונים לייצור התקנים אופטיים עתירי רוחב פס המבוססים על סיליקון לשימוש בתוך מחשבים ומרכזי הנתונים של העתיד ובסביבתם.
החוקרים פיתחו שיטה לשלב את תכונות פליטת האור של האינדיום פוספיד עם יכולות ניתוב האור של הסיליקון על גבי שבב אחד. כאשר מיישמים מתח חשמלי לשבב, האור שמפיקה השכבה המבוססת על אינדיום פוספיד נכנס למוליך הגל הסיליקוני, שם הוא מוכל ונמצא בשליטה, ויוצר לייזר סיליקון היברידי.
"שיתוף הפעולה ההדוק בין UCSB ואינטל הניב את הפיתוח החשוב הזה," אמר מריו פניציה, מנהל מעבדת הטכנולוגיה הפוטונית של אינטל. "למרות שאנו רחוקים עדיין ממוצר מסחרי, אנו מאמינים שניתן יהיה לשלב עשרות ואפילו מאות לייזרי סיליקון היברידיים ברכיבי סיליקון פוטוניים אחרים על גבי שבב סיליקון יחיד. הישג זה יאפשר יצירת 'צינורות נתונים' אופטיים המעבירים טרה-ביטים במחשבי העתיד, ויאפשר גל של יישומים חדשים למחשוב מהיר במיוחד."
"תוכנית המחקר שלנו עם אינטל ממחישה כיצד התעשייה והאקדמיה יכולות לשתף פעולה על מנת לקדם את המדע והטכנולוגיה," אמר פרופסור ג'והן באוארס מ-UCSB . "שילוב מומחיותה של UCSB באינדיום פוספיד עם מומחיותה של אינטל בפוטוניקה של הסיליקון אפשר לנו להדגים מבנה חדשני של לייזר סיליקון המבוסס על שיטת הדבקה (bonding) שתוכל לשמש ברמה של פרוסת הסיליקון פרוסה חלקית או הצ'יפ, ולשמש כפיתרון לאינטגרציה אופטית רחבת היקף על גבי פלטפורמת סיליקון. זוהי ראשיתם של שבבי הסיליקון הפוטוניים המשולבים שניתן יהיה לייצר בייצור המוני בעלות נמוכה."
פרטים טכניים
למרות שכיום הוא משמש לייצור המוני של אלקטרוניקה דיגיטלית, סיליקון יכול גם לנתב, לאתר, לאפנן (modulate) ואפילו להגביר אור, אך לא ליצור אור באופן אפקטיבי. לעומת זאת, לייזרים המבוססים על אינדיום פוספיד משמשים כיום בייצור ציוד טלקומוניקציה, אבל יש להרכיב ולכוון כל אחד בנפרד, פעולה ההופכת את ייצורם ליקר וממושך מכדי לבנות רכיבים אופטיים בהיקפים הגבוהים ובעלויות הנמוכות הדרושים לתעשיית המחשבים האישיים.
התכנון החדשני של לייזר הסיליקון ההיברידי עושה שימוש בחומר המבוסס על אינדיום פוספיד ליצירת האור והגברתו תוך שימוש במוליך האור הסיליקוני כדי להכיל את הלייזר ולשלוט בו. המפתח לייצור ההתקן התברר כשימוש בפלזמת חמצן בטמפרטורה נמוכה (גז חמצן בעל מטען חשמלי) כדי ליצור רובד תחמוצת דק (בעובי של כ-25 אטומים), הן על המשטח של חומר האינדיום פוספיד והן על שבב הסיליקון.
בעת חימום ולחיצה זה כנגד זה, רובד התחמוצת מתנהג כמו "דבק זכוכית", ומתיך את שני החומרים לכדי שבב בודד. כאשר מפעילים מתח חשמלי על השבב, האור שנוצר בחומר המבוסס על אינדיום פוספיד עובר ישירות דרך רובד 'דבק הזכוכית' למוליך האור של שבב הסיליקון. תכנון זה של מוליכי אוד בודדים מסיליקון הינו קריטי לקביעת ביצועיו של שבב הסיליקון ההיברידי, ויאפשר בניית גרסאות עתידיות שיפיקו אורכי גל מסוימים.
שיתוף הפעולהההכרזה של היום נשענת על הישגים קודמים של אינטל בתוכנית המחקר ארוכת הטווח שלה, שנועדה לפתח רכיבים סיליקון-פוטוניים באמצעות תהליכים סטנדרטיים של ייצור סיליקון. ב-2004, חוקרי אינטל היו הראשונים שהדגימו מאפנן (מודולטור) אופטי מבוסס סיליקון עם רוחב פס העולה על 1GHz, מהיר כמעט פי 50 מהדגמות קודמות של אפנון בסיליקון. ב-2005, חוקרי אינטל היו שוב הראשונים שהראו שאפשר להשתמש בסיליקון כדי להגביר אוד ולהפיק אור לייזר רציף המבוסס על "אפקט ראמאן".
פרופסור באוארס הוא פרופסור להנדסת חשמל ומחשבים ב-UCSB ועובד עם חומרים המבוססים על אינדיום פוספיד ולייזרים כבר יותר מ-25 שנים. מחקריו כיום מתמקדים בפיתוח התקנים פוטו-אלקטרוניים חדשנים עם קצבי נתונים גבוהים ביותר של 160 Gb/s וטכניקות להדבקת חומרים שונים זה מזה על מנת ליצור התקנים חדשים עם ביצועים משופרים.
