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日本利用非线性铁电忆阻器实现低功耗线性计算
2020-06-02

【据美国物理学家组织网2020528日报道】近日,研究人员开发出了一种在硅光子芯片上构造低功耗和可编程集成开关单元的新方法。在通信系统、激光雷达电路或计算机应用中,通过批量制作通用光学电路,然后对其进行编程,该新技术有望降低生产成本。

英国南安普敦大学研究小组成员陈霞(Xia Chen)说:“硅光子学能够将多个光学器件和先进的微电子电路全部集成在一个芯片上。我们希望可配置的硅光子电路能够大大拓展硅光子的应用范围,同时还能有效降低成本,从而使这项技术更好地走向实用化。”

该项研究成果发表在美国光学协会(OSA)旗下的期刊《Optics Express》上,研究人员论证了:利用该新方法构造的开关单元可以作为制作芯片级可编程光子电路的基石。

Chen说:“我们开发的技术将具有广泛的应用前景。例如,它可以用于制作集成传感器件以检测生化和医药物质,也可用于制作光收发器在高性能计算系统和数据中心中使用。”

可擦写组件

在早期研究中,研究人员通过将锗离子注入硅中,开发了一种被称为光栅耦合器的可擦写版光学组件,而这项新工作是建立在其基础上的。这些锗离子诱发损伤,从而改变该区域中硅的折射率;然后,可以利用激光退火工艺加热局部区域来使折射率逆变并擦除光栅耦合器。

在《Optics Express》发表的论文中,研究人员描述了他们如何应用相同的锗离子注入技术来制作可擦写的波导和定向耦合器,这些组件可用于制作可重配置的电路和开关。这是首次报道在硅中制作亚微米级可擦写波导。

Chen说:“我们通常认为离子注入会在光子集成电路中引起大的光损耗。然而,我们却发现,采用精心设计的结构并使用正确的离子注入方法,可以制作出一种可低损耗传输光信号的波导。”

制作可编程电路

研究人员论证了这种新方法,并利用英国南安普敦大学的加工铸造厂来设计和制作波导、定向耦合器以及1×42×2开关电路。不同芯片上的光子器件在利用激光退火进行编程之前和之后,测试后均显示出一致的性能。

因为该技术涉及通过一次性操作来改变光子波导的路由,所以在编程时不需要额外的功率来保持配置。研究人员还发现,使用局部集成加热器的电退火以及激光退火可用于对电路进行编程。

研究人员正在与ficonTEC公司合作,开发出一种通过使用传统的晶圆探针台(晶圆测试机)就能在晶圆级上应用激光或电退火工艺的方法,从而使成百上千的芯片可以自动被编程,最终使该技术在实验室外实用。目前,研究人员正在将激光和电退火工艺集成到这种晶圆级探针台(这是大多数光电子铸造厂中常见的一种仪器)中,并在英国南安普敦大学进行测试。(国家工业信息安全发展研究中心 郑发松)

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