Hybrydowe układy krzemowe poprawiają optykę i elektronikę
Sieci fotonowe (polegające na przepuszczaniu światła) są szeroko stosowane w telekomunikacji, elektronice i wielu innych, wyłaniających się technologiach. Kluczową sprawą w tej dziedzinie jest zapotrzebowanie na rozszerzoną funkcjonalność jak najmniejszych urządzeń. Oznacza to, że komponenty optyczne muszą być zdolne do łączenia w sobie zalet złożoności oraz niewielkich rozmiarów. Innym ważnym wymogiem jest obniżanie kosztów produktów oferowanych na wysoce konkurencyjne rynki. Aby pomóc w sprostaniu tym wymaganiom, grupa europejskich naukowców pracowała w ramach projektu o nazwie "Połączenie elektroniki i fotoniki przy użyciu technologii układów krzemowych" (Mephisto). Podczas trwającego cztery lata projektu, który zakończony został w roku 2008, udało się opracować koncepcję nowej, zintegrowanej platformy hybrydowej w oparciu o układ typu krzem na izolatorze (SOI), zapewniającej funkcjonalność optyczną, optoelektroniczną i elektroniczną. Układ SOI jest odpowiedni dla tego typu aplikacji, ponieważ może pracować z przebiegami fal optycznych oraz powiązanymi urządzeniami o wymiarach zmiennych w szerokim zakresie, a także z szybkimi modulatorami elektrooptycznymi. Inną zaletą układu jest kompatybilność z technologiami komplementarnych półprzewodników tlenkowych (CMOS), szeroko stosowanymi w układach scalonych. W ostatnich latach poczyniono szybkie postępy w zakresie stosowania złożonych półprzewodników w aplikacjach telekomunikacyjnych. W porównaniu z tradycyjnymi "monolitycznymi" koncepcjami, w których stosowany jest jeden, wspólny materiał do różnych integrowanych urządzeń, materiały takie umożliwiają aktywną i pasywną funkcjonalność w komponentach i urządzeniach optycznych. Dzięki integracji hybrydowej, mikroukłady różnych urządzeń zamocowane są do płyty układu optycznego przy zastosowaniu techniki mikromontażu i nanomontażu, łącząc technologie różnych materiałów w celu zoptymalizowania pracy i użyteczności. Przy użyciu tych materiałów zespół projektowy stworzył i zaprezentował nową strukturę lasera z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym (DFB), osiągając niższe koszty urządzenia i ułatwione możliwości montażu. Konstrukcje takie posiadają wiele zalet w porównaniu z konwencjonalnymi koncepcjami, ponieważ układy te charakteryzują się niską rozbieżnością wiązki, wysoką stromością zbocza sygnału, wysoką wydajnością w trybie pracy pojedynczej, wysoką stabilnością oraz doskonałą czułością sprzężenia zwrotnego. System laserowy został opatentowany w Europie i w Niemczech, oraz wykorzystywany jest w różnych projektach badawczych i rozwojowych. Koordynujący ten projekt niemiecki Instytut Henricha Hertza (HHI) w Monachium, wykorzystuje urządzenie Mephisto w charakterze źródła laserowego przy hybrydowej technice integracji polimerowych sterowników logicznych PLC. Jeden z partnerów projektu, firma Freescale, opracowała także obwody sterowania lasera o częstotliwości 10Gb/s w oparciu o technologie zintegrowanych układów BICMOS o niskiej impedancji, budowanych na krzemie i germanie (SiGe). Innowacja ta posiada potencjał do przyszłego wykorzystania w handlu. Zrealizowany projekt zapewnił opłacalność wytwarzania produktów SOI oraz dowiódł ich wykonalności, a także otworzył możliwości dostosowania do potrzeb nowych klientów i aplikacji.
