Los investigadores han desarrollado una forma muy precisa de ensamblar varios dispositivos ópticos a escala micrométrica muy juntos en un solo chip. El nuevo enfoque podría algún día permitir la fabricación de grandes volúmenes de sistemas ópticos basados ​​en chips que permitirían dispositivos de comunicaciones ópticas más compactos y reproductores de imágenes avanzados.

"El desarrollo de la electrónica que se basa en transistores de silicio ha permitido sistemas cada vez más potentes y flexibles en un chip, "Dimitars Jevtics de la Universidad de Strathclyde en el Reino Unido". Sistemas ópticos en un chip, sin embargo, requieren la integración de diferentes materiales en un solo chip y, por lo tanto, no han visto el mismo desarrollo en escala que la electrónica de silicio ".

En la revista Optica Publishing Group Materiales ópticos Express , Jevtics y sus colegas describen su nuevo proceso de impresión por transferencia y demuestran su capacidad para colocar dispositivos hechos de múltiples materiales en un solo chip. todo integrado dentro de una huella similar en tamaño a los propios dispositivos. Mientras que otros métodos se limitan típicamente a un solo material, este nuevo enfoque proporciona una caja de herramientas de materiales a partir de los cuales los futuros diseñadores de sistemas pueden extraer.

"Comunicaciones ópticas en chip, por ejemplo, requerirá el montaje de fuentes ópticas, canales y detectores en subconjuntos que se pueden integrar con chips de silicio, ", dijo Jevtics." Nuestro proceso de impresión por transferencia podría ampliarse para integrar miles de dispositivos hechos de diferentes materiales en una sola oblea. Esto permitiría incorporar dispositivos ópticos a escala micrométrica en futuros chips de computadora para comunicaciones de alta densidad o en plataformas de biodetección de laboratorio en un chip ".

Una mejor forma de elegir y colocar

Uno de los mayores desafíos para ensamblar varios dispositivos en un chip es tratar de colocarlos muy juntos sin molestar a los dispositivos que ya están en el chip. Para lograr esto, Los investigadores desarrollaron un método basado en la adhesión reversible en el que un dispositivo se toma y se libera de su sustrato de crecimiento y se coloca sobre una nueva superficie.

El nuevo método utiliza un sello de polímero blando montado en una plataforma de control de movimiento robótico para recoger un dispositivo óptico del sustrato sobre el que se fabricó. El sustrato sobre el que se colocará se coloca debajo del dispositivo suspendido y se alinea con precisión utilizando un microscopio. Una vez alineado correctamente, las dos superficies se ponen en contacto, que libera el dispositivo del sello de polímero y lo deposita sobre la superficie objetivo. Avances en robótica precisa de microensamblajes, Las técnicas de nanofabricación y el procesamiento de imágenes microscópicas ayudaron a hacer posible este enfoque.

"Al diseñar cuidadosamente la geometría del sello para que coincida con el dispositivo y controlar la adherencia del material polimérico, podemos diseñar si un dispositivo será recogido o liberado, ", dijo Jevtics." Cuando se optimiza, este proceso no induce ningún daño y puede ampliarse mediante la automatización para que sea compatible con la fabricación a escala de obleas ".

Creando un chip densamente empaquetado

Para demostrar la nueva técnica, los investigadores integraron arseniuro de galio y aluminio, resonadores ópticos de diamante y nitruro de galio en un solo chip. Estos resonadores ópticos exhibieron una buena transmisión óptica, demostrando que la integración funcionó bien.

También utilizaron el enfoque de impresión para crear láseres de nanocables semiconductores colocando nanocables en las superficies del anfitrión en arreglos espacialmente densos. Las mediciones de microscopía electrónica de barrido de la separación entre los nanocables demostraron una precisión espacial en el rango de 100 nanómetros. Al colocar nanocables semiconductores sobre dióxido de silicio, fueron capaces de crear un sistema nanoláser de longitudes de onda múltiples.

"Como técnica de fabricación, este enfoque de impresión no se limita a dispositivos ópticos, ", dijo Jevtics. Esperamos que los especialistas en electrónica también vean posibilidades de cómo podría aplicarse en sistemas futuros".

Como siguiente paso, los investigadores están trabajando para replicar estos resultados con un mayor número de dispositivos para demostrar que funciona a escalas mayores. También quieren combinar su enfoque de impresión por transferencia con una técnica de alineación automatizada que desarrollaron anteriormente para permitir una medición rápida. selección y transferencia de cientos de dispositivos aislados para aplicaciones en imágenes y circuitos ópticos híbridos.