Разработан высокоточный способ сборки нескольких оптических устройств микронного масштаба на одном чипе очень близко друг к другу. Новый подход открывает путь к созданию оптических микросхем, необходимых для производства компактных устройств оптической связи и тепловизоров.
«Развитие электроники, основанной на кремниевых транзисторах, позволяет создавать всё более мощные и гибкие системы на чипе, — говорит Димитарс Джевтикс (Dimitars Jevtics) из Университета Стратклайда в Великобритании (University of Strathclyde). — Однако оптические системы на чипе требуют интеграции различных материалов на одном чипе и они не развиты в той же степени, как кремниевые схемы».
В опубликованной в журнале Optical Materials Express статье Джевтикс с коллегами описывает процесс трансферной печати и демонстрирует возможность размещения нескольких устройств на одном чипе. Многообещающая особенность технологии — устройства сходного размера создаются из разных материалов.
«Устройство оптической связи, например, потребует соединения оптических источников, каналов и детекторов в модуль, который может быть интегрирован с кремниевыми чипами, — поясняет Джевтикс. — Наш процесс трансферной печати может быть масштабирован для интеграции тысяч устройств, изготовленных из различных материалов, на одной плате. Это позволило бы встроить оптические устройства микронного масштаба в будущие компьютерные чипы для передачи данных высокой плотности или в платформы для биологических лабораторий-на-чипе».
Одна из самых больших проблем при сборке нескольких устройств на микросхеме — разместить их очень близко друг к другу, не повредив каждым новым устанавливаемым элементом уже смонтированные. Для этого исследователи разработали метод, основанный на обратимой адгезии, при котором устройство подхватывается, освобождается от ростовой основы и помещается на новую поверхность.
Мягкий полимерный штамп, установленный на роботизированном манипуляторе, используется для снятия оптического устройства с подложки, на которой оно изготавливается. Плата, на которой строится схема, помещается под манипулятором и точно позиционируется с помощью микроскопа. После такого выравнивания две поверхности соприкасаются, что освобождает устройство от полимерного штампа и помещает его на целевую поверхность. Подход стал возможным благодаря достижениям в области точной робототехники, методов нанопроизводства и микроскопии.
«Тщательно спроектировав геометрию штампа в соответствии с устройством и контролируя липкость полимерного материала, мы можем понимать, когда устройство будет взято или установлено, — говорит Джевтикс. — При оптимизации этот процесс не вызывает никаких повреждений и может быть масштабирован с помощью автоматизации, совместимой с производством плат».
Чтобы продемонстрировать возможность техники, исследователи интегрировали оптические резонаторы из арсенида галлия алюминия, алмаза и нитрида галлия в один чип. Установленные оптические резонаторы работали должным образом.
Также метод был использован для создания полупроводниковых лазеров на нановолокнах. Поместив полупроводниковые нановолокна на подложку из диоксида кремния, исследователи создали многоволновую нанолазерную систему.