Os pesquisadores desenvolveram uma maneira altamente precisa de montar vários dispositivos ópticos em escala mícron extremamente próximos em um único chip. A nova abordagem pode um dia permitir a fabricação em alto volume de sistemas óticos baseados em chip que permitiriam dispositivos de comunicação ótica mais compactos e imageadores avançados.

"O desenvolvimento de eletrônicos baseados em transistores de silício possibilitou sistemas cada vez mais poderosos e flexíveis em um chip, "Dimitars Jevtics da University of Strathclyde no Reino Unido." Sistemas ópticos em um chip, Contudo, requerem integração de diferentes materiais em um único chip e, Portanto, não viram o mesmo desenvolvimento em escala que a eletrônica de silício. "

No jornal Optica Publishing Group Optical Materials Express , Jevtics e colegas descrevem seu novo processo de impressão por transferência e demonstram sua capacidade de colocar dispositivos feitos de vários materiais em um único chip, todos integrados em uma pegada semelhante em tamanho aos próprios dispositivos. Embora outros métodos sejam normalmente limitados a um único material, esta nova abordagem fornece uma caixa de ferramentas de materiais a partir da qual os futuros projetistas de sistemas podem utilizar.

"Comunicações ópticas no chip, por exemplo, exigirá a montagem de fontes ópticas, canais e detectores em subconjuntos que podem ser integrados com chips de silício, "disse Jevtics." Nosso processo de impressão por transferência pode ser ampliado para integrar milhares de dispositivos feitos de diferentes materiais em um único wafer. Isso permitiria que dispositivos ópticos em escala de mícron fossem incorporados em futuros chips de computador para comunicações de alta densidade ou em plataformas de bio-sensoriamento lab-on-a-chip. "

A melhor maneira de escolher e colocar

Um dos maiores desafios para montar vários dispositivos em um chip é tentar colocá-los muito próximos uns dos outros sem perturbar os dispositivos que já estão no chip. Para conseguir isso, os pesquisadores desenvolveram um método baseado na adesão reversível, no qual um dispositivo é pego e liberado de seu substrato de crescimento e colocado em uma nova superfície.

O novo método usa um selo de polímero macio montado em um estágio de controle de movimento robótico para pegar um dispositivo óptico do substrato no qual foi feito. O substrato no qual será colocado é posicionado sob o dispositivo suspenso e alinhado com precisão usando um microscópio. Uma vez alinhado corretamente, as duas superfícies são colocadas em contato, que libera o dispositivo do selo de polímero e o deposita na superfície alvo. Avanços na robótica de micro-montagem precisa, técnicas de nanofabricação e processamento de imagem microscópica ajudaram a tornar essa abordagem possível.

"Ao projetar cuidadosamente a geometria do selo para combinar com o dispositivo e controlar a viscosidade do material polimérico, podemos projetar se um dispositivo será retirado ou liberado, "disse Jevtics." Quando otimizado, este processo não induz nenhum dano e pode ser ampliado usando automação para ser compatível com a fabricação em escala de wafer. "

Criação de um chip densamente compactado

Para demonstrar a nova técnica, os pesquisadores integraram arsenieto de gálio e alumínio, ressonadores óticos de nitreto de gálio e diamante em um único chip. Esses ressonadores ópticos exibiram uma boa transmissão óptica, demonstrando que a integração funcionou bem.

Eles também usaram a abordagem de impressão para criar lasers de nanofios semicondutores, colocando nanofios em superfícies hospedeiras em arranjos espacialmente densos. As medições de microscopia eletrônica de varredura da separação entre os nanofios demonstraram uma precisão espacial na faixa de 100 nanômetros. Ao colocar nanofios semicondutores em dióxido de silício, eles foram capazes de criar um sistema nanolaser de vários comprimentos de onda.

"Como técnica de fabricação, esta abordagem de impressão não se limita a dispositivos ópticos, "disse Jevtics." Esperamos que os especialistas em eletrônica também vejam possibilidades de como ele pode ser aplicado em sistemas futuros. "

Como uma próxima etapa, os pesquisadores estão trabalhando para replicar esses resultados com um número maior de dispositivos para mostrar que ele funciona em escalas maiores. Eles também desejam combinar sua abordagem de impressão por transferência com uma técnica de alinhamento automatizada que desenvolveram anteriormente para permitir a medição rápida, seleção e transferência de centenas de dispositivos isolados para aplicações em imagiologia e circuitos ópticos híbridos.