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    I ricercatori integrano dispositivi ottici realizzati con più materiali su un singolo chip

    I ricercatori hanno sviluppato un nuovo modo per assemblare più dispositivi ottici su nanoscala estremamente vicini tra loro su un singolo chip. Hanno dimostrato il metodo di stampa a trasferimento posizionando i nanotubi da 1 a 3 micron l'uno dall'altro. Credito:Dimitar Jevtics, Università di Strathclyde

    I ricercatori hanno sviluppato un modo estremamente accurato per assemblare più dispositivi ottici su scala micron estremamente vicini tra loro su un singolo chip. Il nuovo approccio potrebbe un giorno consentire la produzione di volumi elevati di sistemi ottici basati su chip che consentirebbero dispositivi di comunicazione ottica più compatti e imager avanzati.

    "Lo sviluppo dell'elettronica basata su transistor al silicio ha permesso di realizzare sistemi su chip sempre più potenti e flessibili, " Dimitars Jevtics dell'Università di Strathclyde nel Regno Unito. "Sistemi ottici su un chip, però, richiedono l'integrazione di materiali diversi su un unico chip e, perciò, non hanno visto lo stesso sviluppo in scala dell'elettronica al silicio."

    Sulla rivista Optica Publishing Group Materiali ottici Express , Jevtics e colleghi descrivono il loro nuovo processo di stampa transfer e dimostrano la sua capacità di posizionare dispositivi realizzati con più materiali su un singolo chip, il tutto integrato in un ingombro di dimensioni simili ai dispositivi stessi. Mentre altri metodi sono in genere limitati a un singolo materiale, questo nuovo approccio fornisce una cassetta degli attrezzi di materiali da cui i futuri progettisti di sistemi possono attingere.

    "Comunicazioni ottiche su chip, Per esempio, richiederà il montaggio di sorgenti ottiche, canali e rivelatori su sottoinsiemi che possono essere integrati con chip di silicio, " ha affermato Jevtics. "Il nostro processo di stampa transfer potrebbe essere ampliato per integrare migliaia di dispositivi realizzati con materiali diversi su un singolo wafer. Ciò consentirebbe di incorporare dispositivi ottici su scala micron nei futuri chip per computer per comunicazioni ad alta densità o in piattaforme di biorilevamento lab-on-a-chip".

    Un modo migliore per scegliere e posizionare

    Una delle maggiori sfide per l'assemblaggio di più dispositivi su un chip è cercare di posizionarli molto vicini tra loro senza disturbare i dispositivi già presenti sul chip. Per realizzare questo, i ricercatori hanno sviluppato un metodo basato sull'adesione reversibile in cui un dispositivo viene prelevato e rilasciato dal suo substrato di crescita e posizionato su una nuova superficie.

    I ricercatori hanno anche creato un sistema nanolaser a più lunghezze d'onda posizionando nanofili semiconduttori sul biossido di silicio. Il nuovo metodo di stampa transfer potrebbe un giorno consentire la produzione di volumi elevati di sistemi ottici basati su chip realizzati con più materiali. Credito:Dimitar Jevtics, Università di Strathclyde

    Il nuovo metodo utilizza uno stampo in polimero morbido montato su uno stadio di controllo del movimento robotico per prelevare un dispositivo ottico dal substrato su cui è stato realizzato. Il substrato su cui verrà posizionato viene quindi posizionato sotto il dispositivo sospeso e accuratamente allineato utilizzando un microscopio. Una volta allineato correttamente, le due superfici vengono messe in contatto, che svincola il dispositivo dal timbro polimerico e lo deposita sulla superficie del bersaglio. Progressi nella robotica di microassemblaggio accurata, le tecniche di nanofabbricazione e l'elaborazione delle immagini al microscopio hanno contribuito a rendere possibile questo approccio.

    "Progettando con cura la geometria del timbro in modo che corrisponda al dispositivo e controllando l'appiccicosità del materiale polimerico, possiamo progettare se un dispositivo verrà prelevato o rilasciato, " ha detto Jevtics. "Quando ottimizzato, questo processo non provoca alcun danno e può essere ampliato utilizzando l'automazione per essere compatibile con la produzione su scala di wafer".

    Creazione di un chip densamente imballato

    Per dimostrare la nuova tecnica, i ricercatori hanno integrato l'arseniuro di gallio di alluminio, risonatori ottici di diamante e nitruro di gallio su un singolo chip. Questi risonatori ottici hanno mostrato una buona trasmissione ottica, dimostrando che l'integrazione ha funzionato bene.

    Hanno anche usato l'approccio di stampa per creare laser a nanofili a semiconduttore posizionando i nanofili sulle superfici dell'ospite in disposizioni spazialmente dense. Le misurazioni di microscopia elettronica a scansione della separazione tra i nanofili hanno dimostrato un'accuratezza spaziale nell'intervallo di 100 nanometri. Posizionando nanofili semiconduttori su biossido di silicio, sono stati in grado di creare un sistema nanolaser a più lunghezze d'onda.

    "Come tecnica di produzione, questo approccio alla stampa non si limita ai dispositivi ottici, " ha detto Jevtics. "Speriamo che gli specialisti di elettronica vedano anche le possibilità di come potrebbe essere applicato nei sistemi futuri".

    Come passo successivo, i ricercatori stanno lavorando per replicare questi risultati con un numero maggiore di dispositivi per dimostrare che funziona su scala più ampia. Vogliono anche combinare il loro approccio alla stampa transfer con una tecnica di allineamento automatizzata che hanno sviluppato in precedenza per consentire misurazioni rapide, selezione e trasferimento di centinaia di dispositivi isolati per applicazioni in imaging e circuiti ottici ibridi.


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