Les chercheurs ont développé un moyen très précis d’assembler plusieurs dispositifs optiques à l’échelle du micron extrêmement proches les uns des autres sur une seule puce. La nouvelle approche pourrait un jour permettre la fabrication en grand quantity de systèmes optiques à base de puces qui permettraient des dispositifs de conversation optiques in addition compacts et des imageurs avancés.
“Le développement de l’électronique basée sur des transistors au silicium a permis des systèmes sur puce de moreover en furthermore puissants et flexibles”, a déclaré Dimitars Jevtics de l’Université de Strathclyde au Royaume-Uni. “Les systèmes optiques sur puce, cependant, nécessitent l’intégration de différents matériaux sur une seule puce et, par conséquent, n’ont pas connu le même développement à l’échelle que l’électronique au silicium.”
Dans la revue Optical Resources Categorical d’Optica Publishing Team, Jevtics et ses collègues décrivent leur nouveau processus d’impression par transfert et démontrent sa capacité à placer des dispositifs constitués de plusieurs matériaux sur une seule puce, tous intégrés dans une empreinte de taille similaire aux dispositifs eux-mêmes. Alors que d’autres méthodes sont généralement limitées à un seul matériau, cette nouvelle approche fournit une boîte à outils de matériaux dans laquelle les futurs concepteurs de systèmes peuvent puiser.
“Les communications optiques sur puce, par exemple, nécessiteront l’assemblage de sources optiques, de canaux et de détecteurs sur des sous-ensembles pouvant être intégrés avec des puces de silicium”, a déclaré Jevtics. « Notre processus d’impression par transfert pourrait être étendu pour intégrer des milliers de dispositifs fabriqués à partir de matériaux différents sur une seule plaquette. Cela permettrait d’intégrer des dispositifs optiques à l’échelle du micron dans les futures puces informatiques pour les communications haute densité ou dans un laboratoire sur un -plates-formes de biodétection de puces.”
Une meilleure façon de choisir et de placer
L’un des moreover grands défis pour l’assemblage de plusieurs appareils sur une puce est d’essayer de les placer très près les uns des autres sans perturber les appareils déjà présents sur la puce. Pour ce faire, les chercheurs ont développé une méthode basée sur l’adhésion réversible dans laquelle un dispositif est prélevé et libéré de son substrat de croissance et placé sur une nouvelle area.
La nouvelle méthode utilise un tampon en polymère souple monté sur une platine de commande de mouvement robotique pour prélever un dispositif optique sur le substrat sur lequel il a été fabriqué. Le substrat sur lequel il sera placé est ensuite positionné sous le dispositif suspendu et aligné avec précision à l’aide d’un microscope. Une fois correctement alignées, les deux surfaces sont mises en contact, ce qui libère le dispositif du tampon polymère et le dépose sur la floor cible. Les progrès de la robotique de micro-assemblage précis, des procedures de nanofabrication et du traitement d’images microscopiques ont permis de rendre cette approche probable.
« En concevant soigneusement la géométrie du tampon pour qu’elle corresponde à l’appareil et en contrôlant l’adhérence du matériau polymère, nous pouvons déterminer si un appareil sera récupéré ou libéré », a déclaré Jevtics. “Une fois optimisé, ce processus n’induit aucun dommage et peut être étendu à l’aide de l’automatisation pour être compatible avec la fabrication à l’échelle des plaquettes.”
Création d’une puce densément emballée
Pour démontrer la nouvelle strategy, les chercheurs ont intégré des résonateurs optiques à l’arséniure de gallium d’aluminium, au diamant et au nitrure de gallium sur une seule puce. Ces résonateurs optiques présentaient une bonne transmission optique, démontrant que l’intégration fonctionnait bien.
Ils ont également utilisé l’approche d’impression pour créer des lasers à nanofils à semi-conducteurs en plaçant des nanofils sur des surfaces hôtes dans des preparations spatialement denses. Les mesures de microscopie électronique à balayage de la séparation entre les nanofils ont démontré une précision spatiale de l’ordre de 100 nanomètres. En plaçant des nanofils semi-conducteurs sur du dioxyde de silicium, ils ont pu créer un système de nanolaser à plusieurs longueurs d’onde.
“En tant que system de fabrication, cette approche d’impression ne se limite pas aux dispositifs optiques”, a déclaré Jevtics. “Nous espérons que les spécialistes de l’électronique verront également des possibilités d’application dans les futurs systèmes.”
Dans une prochaine étape, les chercheurs s’efforcent de reproduire ces résultats avec un furthermore grand nombre d’appareils pour montrer que cela fonctionne à as well as grande échelle. Ils souhaitent également combiner leur approche d’impression par transfert avec une procedure d’alignement automatisé qu’ils ont développée précédemment pour permettre une mesure, une sélection et un transfert rapides de centaines de dispositifs isolés pour des purposes dans l’imagerie et les circuits optiques hybrides.
Ce travail a été financé par le Conseil de recherche en ingénierie et sciences physiques (EP/R03480X/1, EP/P013597/1, EP/P013570/1) Fee européenne (subvention n° 828841 ChipAI-H2020-FETOPEN-2018-2020, subvention n° 829116 SuperPixels -H2020-FETOPEN-2018-2020) et la Royal Academy of Engineering dans le cadre du programme de chaires de recherche et de bourses de recherche senior. La bourse de doctorat de Jack Smith est cofinancée par Fraunhofer Uk.