ENGINEERINGNET.BE - Siliciumfotonica is in opkomst als een belangrijke oplossing voor de bandbreedte- en energieknelpunten waarmee de steeds groter wordende datacenterindustrie wordt geconfronteerd. Het introduceren van geluidsgolven in deze chips kan een nog grotere prestatieverbetering opleveren.
Traditionele fotonische siliciumstructuren, bekend als golfgeleiders, hebben moeite om geluidsgolven beperkt te houden. Geluid heeft de neiging te ontsnappen in de siliciumoxidelaag onder de siliciumstructuren.
Daardoor neemt de efficiëntie af. Eerdere oplossingen bestonden bijvoorbeeld uit het ophogen van de siliciumstructuren. De golfgeleider staat hierbij op een soort dunne steunbalk, maar deze aanpak is moeilijk te maken en ook niet mechanisch stabiel.
Om dit probleem op te lossen, kozen onderzoekers van UTwente voor een nieuwe aanpak: het vergroten van de grootte van de siliciumstructuren.
De onderzoekers gebruikten golfgeleiders die honderd keer groter waren dan traditionele nanodraden van silicium, gemaakt door VTT Finland. Ze vingen met succes de geluidsgolven op en behielden tegelijkertijd een compact chipontwerp.
"Deze golfgeleiders zijn precies wat we nodig hadden om eindelijk geluid in siliciumchips op te vangen. Hun grootte maakt het verschil, waardoor we geluidsgolven kunnen beheersen op een manier die voorheen niet mogelijk was", zegt promovendus Kaixuan Ye.
Ondanks de grotere golfgeleidergrootte blijven de nieuwe silicium fotonische chips compact en praktisch. Hele circuits, inclusief meterslange golfgeleiders, passen in een chip van een vierkante centimeter.
Dit maakt de technologie schaalbaar en compatibel met de bestaande halfgeleiderindustrie, waardoor de haalbaarheid voor grootschalige productie wordt gegarandeerd.
"Deze prestatie vergde bijna tien jaar onderzoek en samenwerking", aldus prof. dr. David Marpaung. "Door samen te werken met VTT Finland en onze technieken te verfijnen, zijn we er uiteindelijk in geslaagd om dit effect aan te tonen in een standaard siliciumplatform."
Deze ontdekking brengt nieuwe functionaliteit in siliciumfotonica, die al veel wordt gebruikt in optische computers en communicatie.
Het vermogen om geluidsgolven te geleiden met ultrahoge frequenties van bijna 40 GHz maakt deze techniek veelbelovend voor draadloze communicatie en kwantumtoepassingen van de volgende generatie.
Dit werk is ondersteund door de Consolidator Grant van de European Research Council en het start-up programma van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek.
