研究人員開發(fā)出一種高度精確的方法，可以在一個芯片上將多個微米級光學(xué)器件緊密的靠近組裝在一起。這種新方法未來可以實(shí)現(xiàn)基于芯片的光學(xué)系統(tǒng)的大批量制造，從而實(shí)現(xiàn)更緊湊的光通信設(shè)備和先進(jìn)的成像儀器。

英國斯特拉斯克萊德大學(xué)的 Dimitars Jevtics 說：“基于硅晶體管的電子產(chǎn)品的發(fā)展使芯片上的系統(tǒng)變得越來越強(qiáng)大和靈活。但是，芯片上的光學(xué)系統(tǒng)需要在單個芯片上集成不同的材料，因此在規(guī)模上還沒有像硅電子學(xué)那樣發(fā)展。”

在Optica期刊《光學(xué)材料快報(bào)》上，Jevtics及其同事描述了他們的新轉(zhuǎn)移印刷工藝，并展示了其將多種材料制成的設(shè)備放置在單個芯片上的能力，所有設(shè)備都集成在與設(shè)備本身尺寸相似的占地面積內(nèi)。雖然其他方法通常僅限于單一材料，但這種新方法提供了一個材料工具箱，未來的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以從中進(jìn)行繪制。

“例如，片上光通信將需要將光源、通道和探測器組裝到可以與硅芯片集成的子組件上，”Jevtics 說。“我們的轉(zhuǎn)移印刷工藝可以擴(kuò)大規(guī)模，將數(shù)千個由不同材料制成的設(shè)備集成到一個晶圓上。這將使微米級光學(xué)設(shè)備能夠被整合到未來的計(jì)算機(jī)芯片中，用于高密度通信或?qū)嶒?yàn)室上的芯片生物傳感平臺。”

更好的選擇和放置方式

在芯片上組裝多個設(shè)備的最大挑戰(zhàn)之一是嘗試將它們非�？拷�地放置在一起，而不會干擾芯片上已有的設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員開發(fā)了一種基于可逆粘附的方法，在該方法中，設(shè)備被拾取并從其生長基底上釋放并放置在新表面上。

新的傳輸打印方法未來將大批量制造

新方法使用安裝在機(jī)器人運(yùn)動控制臺上的軟聚合物印章從制造光學(xué)設(shè)備的基板上拾取光學(xué)設(shè)備。然后將要放置的基板放置在懸掛裝置下方，并使用顯微鏡準(zhǔn)確對齊。一旦正確對齊，兩個表面就會接觸，從而將器件從聚合物印模上釋放出來并將其沉積到目標(biāo)表面上。精確微組裝機(jī)器人、納米制造技術(shù)和顯微圖像處理的進(jìn)步使這種方法成為可能。

通過仔細(xì)設(shè)計(jì)印章的幾何形狀以匹配設(shè)備并控制聚合物材料的粘性，我們可以設(shè)計(jì)設(shè)備是否會被拾取或釋放，”Jevtics 說�！皟�(yōu)化后，此過程不會引起任何損壞，并且可以使用自動化進(jìn)行擴(kuò)展以與晶圓級制造兼容。”

創(chuàng)建密集封裝的芯片

為了演示這項(xiàng)新技術(shù)，研究人員將砷化鋁鎵、金剛石和氮化鎵光學(xué)諧振器集成到單個芯片上。這些光諧振器表現(xiàn)出良好的光傳輸，表明集成工作良好。

他們還使用打印方法通過將納米線以空間密集的排列方式放置在主體表面上來創(chuàng)建半導(dǎo)體納米線激光器。納米線之間的間隔的掃描電子顯微鏡測量顯示了 100 納米范圍內(nèi)的空間精度。通過將半導(dǎo)體納米線放置在二氧化硅上，他們能夠創(chuàng)建多波長納米激光系統(tǒng)。

“作為一種制造技術(shù)，這種打印方法不僅限于光學(xué)設(shè)備，”Jevtics 說。“我們希望電子專家也能看到它如何應(yīng)用于未來系統(tǒng)的可能性。”

下一步，研究人員正在努力用更多的設(shè)備復(fù)制這些結(jié)果，以證明它可以在更大的范圍內(nèi)發(fā)揮作用。他們還希望將他們的轉(zhuǎn)移印刷方法與他們之前開發(fā)的自動對準(zhǔn)技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對數(shù)百個隔離設(shè)備的快速測量、選擇和轉(zhuǎn)移，以用于成像和混合光學(xué)電路中的應(yīng)用。

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