光学プリズム国際市場競争

November 04, 2023

研究者は、複数のマイクロメートルレベルの光学デバイスを単一のチップにしっかりと組み立てるための非常に正確な方法を開発しました。

この新しい方法では、いつかチップベースの光学システムの大量生産を可能にすることができ、よりコンパクトな光学通信デバイスと高度なイメージングデバイスを可能にします。

英国のStrathclyde UniversityのDimitars Jevticsは、「シリコントランジスタに基づいた電子技術の開発により、チップのシステムがより強力で柔軟になりました。」「ただし、チップ上の光学システムは、異なる材料をチップに統合する必要があるため、シリコンエレクトロニクスと同じスケール開発は見られません。」

Optica Publishing Groupの「Optical Materials Express」雑誌では、Jevticsと同僚は新しい転送印刷プロセスを説明し、単一のチップに複数の材料から作られたデバイスを配置する能力を実証しました。これらのデバイスはすべて、デバイス自体とサイズが似たフットプリントに統合されています。

通常、単一の素材に限定されている他の方法とは異なり、この新しい方法は、将来のシステム設計者が選択および参照できるマテリアルツールボックスを提供します。

optical lens

たとえば、ChIPでは、光学通信では、シリコンチップと統合できるコンポーネントへの光源、チャネル、および検出器のアセンブリが必要です。トランスファー印刷プロセスは、異なる材料で作られた数千のデバイスを単一のウェーハに統合することにより、スケールアップできます。これにより、マイクロメートルスケールの光学デバイスを将来の高密度通信コンピューターチップまたはチップバイオセンシングラボプラットフォームに統合できるようになります

チップ上に複数のデバイスを組み立てることの最大の課題の1つは、すでにチップ上のデバイスを妨害することなく、非常にしっかりと一緒に配置しようとすることです。この目標を達成するために、研究者は可逆的接着に基づいた方法を開発しました。この方法では、デバイスが成長マトリックスから削除され、新しい表面に放出されます。

研究者はまた、二酸化ケイ素に半導体ナノワイヤを配置することにより、多波長ナノレーザーシステムを作成しました。この新しいトランスファー印刷方法は、いつの日か大量の複数の材料で作られたチップベースの光学システムを生成できます。

この新しい方法では、ロボットのモーションコンソールに取り付けられたソフトポリマースタンプを使用して、製造された基板から光学デバイスを削除します。配置された基板をサスペンションデバイスの下に配置し、顕微鏡を使用して正確に整列します。正しく整列すると、2つの表面が接触し、ポリマーマーカーからデバイスを放出し、ターゲット表面に堆積します。正確なマイクロアセンブリロボットテクノロジー、ナノ製造技術、マイクロ画像処理技術の進歩により、この方法が可能になりました。

Jevtics氏は、「デバイスに合わせてシールの幾何学的形状を慎重に設計し、ポリマー材料の粘度を制御することにより、デバイスを設計して、持ち上げられるかリリースされるかを判断することができます。」「最適化後、このプロセスは損傷を引き起こさず、自動操作を通じて拡大することができます。ウェーハスケールの製造と互換性

この新しいテクノロジーを実証するために、研究者はアルセニド、ダイヤモンド、ガリウムの光共振器を単一のチップに統合しました。これらの光学共振器は、良好な光学送信性能を示し、優れた統合作業を示しています。

また、印刷方法を使用して半導体ナノワイヤレーザーを製造し、ナノワイヤを本体の表面に空間的に密な方法で配置しました。走査型電子顕微鏡で測定されたナノワイヤ間の分離は、100ナノメートルの範囲内の空間精度を示しています。半導体ナノワイヤを二酸化シリコンに配置することにより、マルチ波長ナノレーザーシステムを作成できます。

製造技術として、この印刷方法は光学デバイスに限定されません」とJevtics氏は述べています。

次のステップとして、研究者はこれらの結果をより多くのデバイスで複製して、より大きな規模での効果を証明するよう努めています。また、トランスファー印刷方法と以前に開発された自動アライメントテクノロジーを組み合わせて、イメージング目的で数百の分離デバイスを迅速に測定、選択、転送することを望んでいます。