Investigadores dirigidos por Ou Xin del Instituto de Microsistemas y Tecnología de la Información de Shanghái (SIMIT) de la Academia de Ciencias de China recientemente revisaron de manera exhaustiva los hitos y desafíos en la óptica integrada basada en carburo de silicio (SiC). Esta revisión fue publicada en Applied Physics Reviews .

Se espera que los circuitos integrados fotónicos (PIC) resuelvan dos cuellos de botella de ancho de banda de transmisión y velocidad de procesamiento en tecnología de la información. Sin embargo, la fotónica de silicio tradicional no puede realizar todas las funciones requeridas por la sociedad de la información. Como complementos, plataformas como LiNbO₃ , Si₃ N₄ , etc. son explorados. Particularmente, SiC, beneficiado por su alto índice de refracción, amplia ventana de transparencia, alto coeficiente no lineal, compatibilidad con semiconductores de óxido de metal complementario (CMOS), etc., se acepta como una plataforma prometedora para PIC.

En óptica no lineal, Q ultra alta (valor más alto 7.1×10 ⁶ ) Los resonadores ópticos de SiC, los micropeines de frecuencia de Kerr de amplitud de octava y los micropeines de frecuencia de Kerr de solitón a temperatura criogénica se han demostrado sucesivamente en los últimos tres años. En electroóptica, se demostró un modulador electroóptico basado en microanillos impulsado por CMOS que funciona a alta densidad óptica. SiC también recibe mucha atención en la óptica cuántica. Puede albergar defectos de espín único con emisión brillante y tiempo de coherencia de espín prolongado. Se ha logrado, respectivamente, la manipulación coherente del espín de divacancia simple en 4H-SiC y el acoplamiento eficiente de vacancia de silicio (SiV) a resonadores (micropilares o PhC) en 4H-SiCOI. Además, un sitio de red cúbica SiV (V2) generado por He ⁺ la implantación se integró en la guía de ondas sin deterioro de las propiedades intrínsecas espín-ópticas.

Está claro que la fotónica de SiC está actualmente en auge con enormes oportunidades pero también desafíos, especialmente en la preparación de carburo de silicio sobre aislante (SiCOI) de alta calidad.

El grupo de Ou de SIMIT ha llevado a cabo una investigación sistemática sobre fotónica integrada basada en SiCOI. En 2019, fabricaron 4H-SiCOI de 4 pulgadas de alta uniformidad para óptica integrada mediante tecnología de corte de iones y generaron un defecto de espín controlado coherente a temperatura ambiente en el 4H-SiC por H ⁺ implantación.

Posteriormente, se fabricó un resonador de SiC mediante el método de pulido químico-mecánico asistido por láser de femtosegundos y se midió que el factor de calidad óptica era de 7,1 × 10 ⁶ . , que es el valor más alto en fotónica de SiC hasta el momento.

Debido a la Q ultraalta, se lograron conversión de frecuencia de banda ancha, láser Raman en cascada y frecuencia Kerr de ancho de banda amplio. En 2022, el chip fotónico 4H-SiC se integró con fuentes de fotones individuales basadas en puntos cuánticos de InGaAs mediante la técnica de selección y colocación.

Mediante el diseño de acopladores verticales bicapa e interferómetros multimodo 1×2 con una relación de división de potencia de 50:50, se lograron la generación y el enrutamiento altamente eficiente de la emisión de un solo fotón en el chip fotónico cuántico híbrido.

Recientemente, el grupo tuvo como objetivo fabricar 4H-SiCOI con baja pérdida óptica y facilitar la fotónica de SiC cuántica y no lineal integrada, especialmente los peines Kerr de frecuencia de solitón de banda ancha.

En combinación con los avances en la óptica cuántica y no lineal de SiC, se puede esperar una perspectiva más amplia para la óptica integrada de SiC. El desarrollo de 4H-SiCOI de bajo costo, a escala de oblea y de alta calidad impulsará el desarrollo de la óptica cuántica y no lineal, e incluso dispositivos de radiofrecuencia y potencia de SiC. + Explora más

Una nueva plataforma para fotónica integrada