Pesquisadores liderados por Ou Xin, do Instituto de Microssistemas e Tecnologia da Informação de Xangai (SIMIT) da Academia Chinesa de Ciências, revisaram recentemente de forma abrangente os marcos e desafios da óptica integrada baseada em carboneto de silício (SiC). Esta revisão foi publicada em Applied Physics Reviews .
Espera-se que os circuitos integrados fotônicos (PICs) resolvam dois gargalos de largura de banda de transmissão e velocidade de processamento em tecnologia da informação. No entanto, a fotônica de silício tradicional não pode realizar todas as funções exigidas pela sociedade da informação. Como suplementos, plataformas como LiNbO₃ , Si₃ N₄ , etc. são explorados. Particularmente, o SiC, beneficiado por seu alto índice de refração, ampla janela de transparência, alto coeficiente não linear, compatibilidade com semicondutor de óxido metálico complementar (CMOS), etc., é aceito como uma plataforma promissora para PICs.

Em óptica não linear, Q ultra-alto (valor mais alto 7,1 × 10 ⁶ ) Ressonadores ópticos de SiC, micropentes de frequência Kerr de extensão de oitava e micropentes de frequência Kerr soliton à temperatura criogênica foram demonstrados sucessivamente nos últimos três anos. Em eletro-óptica, foi demonstrado um modulador eletro-óptico baseado em micro-anel acionado por CMOS operando em alta densidade óptica. SiC também recebe muita atenção em óptica quântica. Ele pode hospedar um único defeito de spin com emissão brilhante e tempo de coerência de spin longo. Manipulação coerente de spin divacância simples em 4H-SiC e acoplamento eficiente de vacância de silício (SiV) a ressonadores (micropilares ou PhCs) em 4H-SiCOI foram realizados respectivamente. Além disso, um sítio de rede cúbica SiV (V2) gerado por He ⁺ a implantação foi integrada no guia de ondas sem deterioração das propriedades intrínsecas da spin-optic.

Está claro que a fotônica de SiC está crescendo atualmente com enormes oportunidades, mas também desafios, especialmente na preparação de carboneto de silício sobre isolador (SiCOI) de alta qualidade.

O grupo de Ou da SIMIT realizou pesquisas sistemáticas sobre fotônica integrada baseada em SiCOI. Em 2019, eles fabricaram 4H-SiCOI de 4 polegadas de alta uniformidade para óptica integrada por tecnologia de corte de íons e geraram um defeito de rotação controlado coerente à temperatura ambiente no 4H-SiC por H ⁺ implantação.

Posteriormente, um ressonador de SiC foi fabricado através do método de polimento químico-mecânico assistido por laser de femtossegundo e o fator de qualidade óptica foi medido em 7,1×10 ⁶ , que é o valor mais alto em fotônica SiC até agora.

Devido ao Q ultra-alto, a conversão de frequência de banda larga, o laser Raman em cascata e a frequência Kerr de largura de banda ampla foram alcançados. Em 2022, o chip fotônico 4H-SiC foi integrado a fontes de fótons únicos baseados em pontos quânticos InGaAs pela técnica pick-and-place.

Ao projetar acopladores verticais de camada dupla e interferômetros multimodo 1 × 2 com uma taxa de divisão de energia de 50:50, a geração e o roteamento altamente eficiente de emissão de fóton único no chip fotônico quântico híbrido foram realizados.

O grupo recentemente teve como objetivo fabricar 4H-SiCOI com baixa perda óptica e facilitar a fotônica de SiC não linear e quântica integrada, especialmente os pentes Kerr de frequência de soliton de banda larga.

Em combinação com os avanços na óptica não linear e quântica de SiC, pode-se esperar uma perspectiva mais ampla para a óptica integrada de SiC. O desenvolvimento de 4H-SiCOI de baixo custo, escala de wafer e alta qualidade impulsionará o desenvolvimento de óptica não linear e quântica, e até mesmo dispositivos de energia e radiofrequência de SiC. + Explorar mais

Uma nova plataforma para fotônica integrada