Pesquisadores do Nano Institute da Universidade de Sydney inventaram um chip semicondutor de silício compacto que integra componentes eletrônicos com componentes fotônicos ou leves. A nova tecnologia expande significativamente a largura de banda de radiofrequência (RF) e a capacidade de controlar com precisão o fluxo de informações através da unidade.



A largura de banda expandida significa que mais informações podem fluir através do chip e a inclusão da fotônica permite controles avançados de filtro, criando um novo dispositivo semicondutor versátil.

Os pesquisadores esperam que o chip tenha aplicações em radares avançados, sistemas de satélite, redes sem fio e na implantação de telecomunicações 6G e 7G e também abra a porta para a fabricação soberana avançada. Também poderia ajudar na criação de fábricas de alta tecnologia com valor agregado em locais como o distrito de Aerotropolis, no oeste de Sydney.

O chip é construído usando uma tecnologia emergente em fotônica de silício que permite a integração de diversos sistemas em semicondutores com menos de 5 milímetros de largura. O pró-vice-reitor (pesquisa), professor Ben Eggleton, que orienta a equipe de pesquisa, comparou isso ao encaixe de blocos de construção de Lego, onde novos materiais são integrados por meio de embalagens avançadas de componentes, usando "chiplets" eletrônicos.

A pesquisa para esta invenção foi publicada na Nature Communications .

Álvaro Casas Bedoya, Diretor Associado de Integração Fotônica da Escola de Física, que liderou o projeto do chip, disse que o método único de integração de materiais heterogêneos levou 10 anos para ser elaborado.

"O uso combinado de fundições de semicondutores no exterior para fabricar o chip wafer básico com infraestrutura de pesquisa e fabricação local tem sido vital no desenvolvimento deste circuito integrado fotônico", disse ele.

“Essa arquitetura significa que a Austrália poderia desenvolver sua própria fabricação soberana de chips sem depender exclusivamente de fundições internacionais para o processo de agregação de valor”.

O professor Eggleton destacou o fato de que grande parte dos itens da Lista de Tecnologias Críticas de Interesse Nacional do Governo Federal dependem de semicondutores.

Ele disse que a invenção significa que o trabalho em Sydney Nano se encaixa bem em iniciativas como o Semiconductor Sector Service Bureau (S3B), patrocinado pelo governo de NSW, que visa desenvolver o ecossistema local de semicondutores.

Nadia Court, diretora da S3B, disse:"Este trabalho está alinhado com nossa missão de impulsionar avanços na tecnologia de semicondutores, sendo uma grande promessa para o futuro da inovação em semicondutores na Austrália. O resultado reforça a força local em pesquisa e design em um momento crucial de maior foco global e investimento no setor."

Projetado em colaboração com cientistas da Universidade Nacional Australiana, o circuito integrado foi construído na sala limpa do Core Research Facility do Centro de Nanociência da Universidade de Sydney, um edifício construído especificamente no valor de US$ 150 milhões com litografia avançada e instalações de deposição.

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O circuito fotônico no chip significa um dispositivo com uma impressionante largura de banda de 15 gigahertz de frequências sintonizáveis ​​com resolução espectral de apenas 37 megahertz, o que representa menos de um quarto de um por cento da largura de banda total.

O professor Eggleton disse:"Liderada por nosso impressionante aluno de doutorado Matthew Garrett, esta invenção é um avanço significativo para a fotônica de microondas e para a pesquisa fotônica integrada.

“Os filtros fotônicos de micro-ondas desempenham um papel crucial nas aplicações modernas de comunicação e radar, oferecendo flexibilidade para filtrar com precisão diferentes frequências, reduzindo a interferência eletromagnética e melhorando a qualidade do sinal.

"Nossa abordagem inovadora de integração de funcionalidades avançadas em chips semicondutores, particularmente a integração heterogênea de vidro de calcogeneto com silício, tem o potencial de remodelar o cenário local de semicondutores."

O coautor e pesquisador sênior, Dr. Moritz Merklein, disse:"Este trabalho abre caminho para uma nova geração de filtros fotônicos de RF compactos e de alta resolução com ajuste de frequência de banda larga, particularmente benéfico em cargas úteis de comunicação de RF aéreas e espaciais, abrindo possibilidades para comunicações aprimoradas e capacidades de detecção."

Mais informações: Matthew Garrett et al, Filtro fotônico de micro-ondas integrado usando um Brillouin heterogeneamente integrado e circuito fotônico de silício ativo, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43404-x
Fornecido pela Universidade de Sydney