I ricercatori del Nano Institute dell’Università di Sydney hanno inventato un chip semiconduttore compatto in silicio che integra l’elettronica con componenti fotonici o leggeri. La nuova tecnologia espande in modo significativo la larghezza di banda delle radiofrequenze (RF) e la capacità di controllare accuratamente le informazioni che fluiscono attraverso l'unità.
La larghezza di banda estesa significa che più informazioni possono fluire attraverso il chip e l'inclusione della fotonica consente controlli avanzati del filtro, creando un nuovo dispositivo semiconduttore versatile.
I ricercatori prevedono che il chip avrà applicazioni nei radar avanzati, nei sistemi satellitari, nelle reti wireless e nel lancio delle telecomunicazioni 6G e 7G e aprirà anche la porta alla produzione sovrana avanzata. Potrebbe anche contribuire alla creazione di fabbriche ad alto valore aggiunto e ad alta tecnologia in luoghi come il distretto di Aerotropolis a Western Sydney.
Il chip è costruito utilizzando una tecnologia emergente nella fotonica del silicio che consente l'integrazione di diversi sistemi su semiconduttori di larghezza inferiore a 5 millimetri. Il professor Ben Eggleton, Pro-Vice-Cancelliere (Ricerca), che guida il gruppo di ricerca, l'ha paragonato all'assemblaggio di mattoncini Lego, in cui nuovi materiali vengono integrati attraverso un imballaggio avanzato di componenti, utilizzando "chiplet" elettronici.
La ricerca per questa invenzione è stata pubblicata su Nature Communications .
Il dottor Alvaro Casas Bedoya, direttore associato per l'integrazione fotonica presso la Scuola di fisica, che ha guidato la progettazione del chip, ha affermato che il metodo unico di integrazione di materiali eterogenei ha richiesto 10 anni di sviluppo.
"L'uso combinato di fonderie di semiconduttori estere per realizzare il wafer di base del chip con infrastrutture di ricerca e produzione locali è stato fondamentale per lo sviluppo di questo circuito integrato fotonico", ha affermato.
"Questa architettura significa che l'Australia potrebbe sviluppare una propria produzione sovrana di chip senza fare affidamento esclusivamente su fonderie internazionali per il processo di creazione di valore aggiunto."
Il professor Eggleton ha sottolineato il fatto che la maggior parte degli elementi presenti nell'elenco delle tecnologie critiche di interesse nazionale stilato dal governo federale dipendono dai semiconduttori.
Ha affermato che l'invenzione significa che il lavoro presso Sydney Nano si adatta bene a iniziative come il Semiconductor Sector Service Bureau (S3B), sponsorizzato dal governo del NSW, che mira a sviluppare l'ecosistema locale dei semiconduttori.
La Dott.ssa Nadia Court, Direttore di S3B, ha dichiarato:"Questo lavoro è in linea con la nostra missione di promuovere progressi nella tecnologia dei semiconduttori, offrendo grandi promesse per il futuro dell'innovazione dei semiconduttori in Australia. Il risultato rafforza la forza locale nella ricerca e nella progettazione in un momento cruciale". di maggiore attenzione globale e investimenti nel settore."
Progettato in collaborazione con gli scienziati dell'Australian National University, il circuito integrato è stato costruito presso la camera bianca del Core Research Facility presso il Nanoscience Hub dell'Università di Sydney, un edificio appositamente costruito da 150 milioni di dollari con strutture avanzate di litografia e deposizione.
Il circuito fotonico nel chip significa un dispositivo con un'impressionante larghezza di banda di 15 gigahertz di frequenze sintonizzabili con una risoluzione spettrale fino a soli 37 megahertz, ovvero meno di un quarto dell'uno per cento della larghezza di banda totale.
Il Professor Eggleton ha dichiarato:"Guidata dal nostro straordinario dottorando Matthew Garrett, questa invenzione rappresenta un progresso significativo per la fotonica a microonde e la ricerca sulla fotonica integrata.
"I filtri fotonici a microonde svolgono un ruolo cruciale nelle moderne applicazioni radar e di comunicazione, offrendo la flessibilità necessaria per filtrare con precisione frequenze diverse, riducendo le interferenze elettromagnetiche e migliorando la qualità del segnale.
"Il nostro approccio innovativo volto all'integrazione di funzionalità avanzate nei chip semiconduttori, in particolare l'integrazione eterogenea del vetro calcogenuro con il silicio, ha il potenziale per rimodellare il panorama locale dei semiconduttori."
Il coautore e ricercatore senior, Dr. Moritz Merklein, ha dichiarato:"Questo lavoro apre la strada a una nuova generazione di filtri fotonici RF compatti e ad alta risoluzione con possibilità di regolazione della frequenza a banda larga, particolarmente vantaggiosi per i carichi utili di comunicazione RF nell'aria e nello spazio, aprendo possibilità per comunicazioni e capacità di rilevamento migliorate."
Ulteriori informazioni: Matthew Garrett et al, Filtro notch fotonico a microonde integrato che utilizza un circuito fotonico Brillouin e silicio attivo eterogeneamente integrato, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43404-x
Fornito dall'Università di Sydney
