Nat. Commun.：“像乐高一样组装在一起”的光子芯片

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发布时间：2023-12-04

悉尼大学纳米研究所（University of Sydney Nano Institute）的研究人员发明了一种结构紧凑的硅半导体芯片，它将电子器件与光子（即光元件）集成在一起，这项新技术大大扩展了射频（RF）带宽和精确控制流经该装置的信息的能力。

阿尔瓦罗·卡萨斯·贝多亚博士（手持芯片）和本·埃格尔顿教授在悉尼大学纳米研究所的悉尼纳米科学中心

悉尼大学悉尼纳米科学中心的阿尔瓦罗·卡萨斯·贝多亚博士手持用于制造半导体的硅晶片

带宽的扩大意味着更多的信息可以流经芯片，而光子元件的加入则可以实现先进的滤波控制，从而创造出一种多功能的新型半导体器件。

研究人员预计，这种芯片将应用于先进的雷达、卫星系统、无线网络以及6G和7G电信的推出，同时也为先进的主权制造打开了大门；它还能帮助在西悉尼航空城等地建立高科技增值工厂。

该芯片是利用硅光子学中的一项新兴技术制造的，可以在不到5毫米宽的半导体上集成各种系统。指导研究团队的副校长（研究）本·埃格尔顿（Ben Eggleton）教授将其比喻为拼装乐高积木，通过先进的元件封装，利用电子芯片将新材料集成在一起。

领导芯片设计的物理学院光子集成副主任阿尔瓦罗·卡萨斯·贝多亚（Alvaro Casas Bedoya）博士说，这种独特的异质材料集成方法已经酝酿10年。

他说：“利用海外半导体代工厂制造基本芯片晶圆与本地研究基础设施和制造相结合，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主权芯片制造，而不必完全依赖国际代工厂的增值工艺。”

埃格尔顿教授强调，联邦政府《关系国家利益的关键技术清单》上的大多数项目都依赖于半导体。

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行业服务局（S3B）等旨在发展本地半导体生态系统的倡议非常契合。

S3B主任Nadia Court博士也赞同这一观点：“这项工作与我们推动半导体技术进步的使命不谋而合，为澳大利亚半导体创新的未来带来了巨大希望。在全球对半导体行业的关注和投资日益增加的关键时刻，这项成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（Australian National University）的科学家合作设计的，在悉尼大学纳米科学中心（University of Sydney Nanoscience Hub）的核心研究设施洁净室（Core Research Facility cleanroom）制造完成。

芯片中的光子电路意味着该设备具有令人印象深刻的15千兆赫可调频率带宽，光谱分辨率低至37兆赫，不到总带宽的四分之一。

埃格尔顿教授认为“这项发明是微波光子学和集成光子学研究的重大进展”。

“微波光子滤波器在现代通信和雷达应用中发挥着至关重要的作用，它可以灵活地精确过滤不同的频率，减少电磁干扰，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，特别是卤化玻璃与硅的异质集成，有望重塑本地半导体的格局。”