Nieuw PIC-fabricageproces pakt tekortkomingen aan

De huidige PIC-fabricagemethoden leiden tot grote variabiliteit, wat resulteert in een beperkte opbrengst, lange vertragingen tussen het conceptuele idee en het werkende apparaat, ...

Trefwoorden: #fotonische geïntegreerde circuits, #photonic integrated circuits, #PIC, #Technische Universiteit Eindhoven

Lees verder

research

ENGINEERINGNET.BE - Onderzoekers van de Nederlandse Technische Universiteit Eindhoven hebben een nieuw proces bedacht voor de fabricage van PIC's (fotonische geïntegreerde circuits / photonic integrated circuits) dat kritische kwesties aanpakt, door nieuwe herconfigureerbare PIC's te creëren.

PIC's brengen signalen over via zichtbaar en infrarood licht. Optische materialen met een instelbare brekingsindex zijn essentieel voor herconfigureerbare PIC's, omdat ze het mogelijk maken om het licht dat door de materialen gaat nauwkeurig te manipuleren. Dat leidt tot betere PIC-prestaties.

De huidige programmeerbare PIC-concepten hebben te lijden onder problemen zoals volatiliteit en/of hoge optische signaalverliezen - die beide een negatieve invloed hebben op het vermogen van een materiaal om zijn geprogrammeerde toestand te behouden.

Met behulp van gehydrogeneerd amorf silicium (a-Si:H), een materiaal dat gebruikt wordt in dunne-film silicium zonnecellen, en het bijbehorende Staebler-Wronski effect (SWE), dat beschrijft hoe de optische eigenschappen van a-Si:H kunnen worden veranderd via blootstelling aan licht of verwarming, hebben de onderzoekers een nieuw PIC-fabricageproces ontworpen dat de tekortkomingen van de huidige technieken aanpakt. Dit kan leiden tot de opkomst van universeel programmeerbare PIC's.

De onderzoekers wijzen er ook op dat er verwarmers op een vooraf verlicht apparaat kunnen worden geplaatst om de gebruiker in staat te stellen een PIC-apparaat naar wens te programmeren.

Dezelfde verwarmers kunnen ook het apparaat resetten en terugbrengen naar een toestand die gemakkelijk kan worden geherprogrammeerd.

ACHTERGROND
Om de effectiviteit van de blootstelling aan licht en verwarming van a-Si:H te beoordelen, als het gaat om het afstemmen van de optische eigenschappen, overwogen de onderzoekers eerst een proof-of-concept experiment.

Hierbij bestudeerden ze veranderingen in de brekingsindex van een dunne laag a-Si:H op een siliciumsubstraat. Het materiaal onderging cycli van verwarming (gedurende vier uur in het donker in een stikstofatmosfeer) en lichtbehandelingen (via een afstembare laser in het nabij-infraroodbereik). Het experiment toonde een omkeerbare brekingsindexverandering van ongeveer 0,001 - een belangrijke vereiste voor de vervaardiging van herconfigureerbare PIC's.

Vervolgens liet ook een herconfigureerbare optische schakelaar op basis van een micro-ringresonator (MRR) een herhaalbare omkeerbaarheid zien bij het ondergaan van cycli van licht- en warmtebehandelingen.

En om tenslotte de oorzaak van de omkeerbare refractie-indexveranderingen beter te begrijpen, onderzochten de onderzoekers variaties in de structuur van een 1-dimensionaal membraan, waarbij de belangrijkste bijdrage aan de schakeltoestanden van het MRR-apparaat metastabiele volumetrische uitzetting blijkt te zijn.