Elektronit ja fotonit samalla sirulla

06.07.2020

ETH-Zurich-plasmoninen-siru-tiedonsiirtoon-275-t.jpgYhdellä sirulla olevan elektroniikan ja plasmoniikan yhdistelmän ansiosta valosignaaleja voidaan vahvistaa ja dataa voidaan siirtää nopeammin

ETH Zürichin tutkijat ovat saavuttaneet sen, mitä tutkijat ovat yrittäneet tehdä noin 20 vuotta: Laboratoriotöissään osana Eurooppalaista Horizon 2020 -hanketta he ovat valmistaneet sirun, jolla nopeat elektroniset signaalit voidaan muuntaa suoraan ultranopeiksi valosignaaleiksi - käytännössä ilman signaalin laadun heikkenemistä.

"Kasvava kysyntä vaatii uusia ratkaisuja", sanoo fotoniikan ja viestinnän ETH-professori Juerg Leuthold. "Avain tähän paradigmamuutokseen on elektronisten ja fotonisten elementtien yhdistäminen yhdelle sirulle."

ETH-tutkijat yhteistyössä kansainvälisten kumppaneiden kanssa pystyivät kokoamaan elektroniset ja valopohjaiset elementit samaan siruun ensimmäistä kertaa. Tämä on valtava askel teknisestä näkökulmasta, koska nämä elementit on nykyisin valmistettava erillisillä siruilla ja kytkettävä sitten johdoilla toisiinsa. Tämä rajoittaa signaalin laatua valoa käyttävän tiedonsiirron nopeutta.

Tutkijoiden saavutus perustuu plasmonisen intensiteetin modulaattoriin, joka muuntaa sähköiset signaalit valoaalloiksi. Lisäksi elektroniikkakerroksessa tehdään 4:1 –multipleksaus, jossa neljä alemman nopeuden tuloa vauhditetaan yli 100 gigabaudin symbolinopeudeksi.

Sirun kompaktius saavutetaan asettamalla elektroniset ja fotoniikkakomponentit tiukasti toistensa päälle läpivientikytkennöillä. Tämä lyhentää siirtoreittejä ja vähentää signaalin laatuhäviöitä. Koska elektroniikka ja fotoniikka on toteutettu yhdelle alustalle, tutkijat kuvaavat tätä lähestymistapaa "monoliittisena yhteisintegraationa".

Viimeisen 20 vuoden ajan tällainen lähestymistapa on epäonnistunut, koska fotoniset sirut ovat paljon suurempia kuin elektroniset. Sen vuoksi niitä on ollut mahdotonta yhdistää CMOS-teknologiaan.

"Olemme nyt voittaneet fotonisen ja elektroniikan kokoeron korvaamalla fotoniikan plasmoniikalla", Leuthold sanoo. Plasmoniikka voidaan käyttää puristamaan valoaaltoja rakenteisiin, jotka ovat paljon pienempiä kuin valon aallonpituus.

Tutkijat haluavat edelleen esittää tekniikkansa potentiaalia kehittämällä kaksi modulaattorikonseptia - erittäin pienikokoisen plasmonisen modulaattorin ja pii-plasmonisen modulaattorin fotonisella reitityksellä -, jotka molemmat prosessoidaan suoraan bipolaariseen CMOS-elektroniikkaan.

Aiheesta aiemmin: Kohti elektronis-opista integraatiota

17.09.2020Aurinkokennoille kaksi kerrosta on parempi kuin yksi
16.09.2020Läpi sumun ja heinäsirkkaparven
15.09.2020Fononilaser
14.09.2020Transistoreita jäähdyttäen ja pinoten
11.09.2020Kubitteja kiertäen ja kaartaen
10.09.2020Tarkempia mittauksia mutkan kautta
09.09.2020Nopeampi ja tehokkaampi energian varastointi
08.09.2020Kvanttiläpimurto turvallisemmalle tietoliikenteelle
07.09.2020Tarkkuutta tekoälyyn
04.09.2020Mikroelektroniset robotit liikkeelle laserilla

Siirry arkistoon »