Исследователи Массачусетского технологического института
(MIT) разработали технологию производства кремниевых фотонных чипов, которые
одновременно остаются гибкими и прозрачными. Ключевое преимущество разработки —
совместимость со стандартным производством на 300-миллиметровых
полупроводниковых пластинах, что потенциально упрощает переход от лабораторных
прототипов к массовому выпуску.
Кремниевая фотоника использует свет вместо электрических
сигналов для передачи и обработки данных. Однако существующие фотонные чипы
обычно изготавливаются на жестких кремниевых подложках, что ограничивает их
применение в носимой электронике, устройствах дополненной реальности и
оптических системах сложной формы.
Новая технология начинается так же, как обычное производство
полупроводников. На кремниевой пластине формируются оптические волноводы —
микроскопические каналы, по которым распространяется свет. Затем структура
временно соединяется со второй кремниевой пластиной, после чего толстая
подложка удаляется.
Оставшиеся сверхтонкие оксидные слои и волноводы переносятся
на прозрачную полиэфирную пленку, а временная кремниевая опора также удаляется.
В результате получается фотонная структура толщиной всего несколько
микрометров, способная пропускать видимый свет и изгибаться без разрушения.
Во время испытаний чипы выдержали тысячи циклов изгиба
вокруг цилиндров малого диаметра без заметного ухудшения характеристик.
Существенная деградация начиналась только при изгибе вокруг объекта толщиной
примерно с зубочистку.
Исследователи также проверили прозрачность материала на
установке, имитирующей человеческий глаз. По их данным, структура практически
не создает дымки и заметных оптических искажений, что открывает возможность
размещать фотонные компоненты непосредственно перед глазами пользователя.
В числе наиболее перспективных применений разработчики
называют очки дополненной реальности, изогнутые автомобильные лобовые стекла со встроенной оптикой, визоры пилотов, а также тонкие медицинские и носимые
устройства, повторяющие форму человеческого тела.
Технология создана совместно со специалистами NY Creates в
исследовательском центре Albany NanoTech. Одной из главных инженерных задач
стало предотвращение деформации сверхтонкой структуры после удаления массивной
кремниевой подложки. Для этого ученые ограничили температуру обработки 500 °C и
совместили промышленное утончение кремния с селективным химическим травлением.
В дальнейшем команда MIT планирует повысить прозрачность
материала, улучшить эффективность волноводов и интегрировать в гибкую платформу
более сложные фотонные компоненты.
