Китайские учёные сократили производство оптических чипов с часов до секунд с помощью новой технологии

Учёные из Китая разработали новую технологию производства оптических чипов, которая позволяет сократить процесс изготовления сложных структур с нескольких часов до считаных секунд. Разработка может устранить одно из главных ограничений современной фотонной электроники и ускорить создание чипов нового поколения для искусственного интеллекта, связи и высокоточных сенсорных систем.

Исследование провели специалисты Института физики Китайской академии наук совместно с учёными из Гонконгского университета и других китайских научных организаций. Команду возглавил аспирант Ван И, который отметил, что новый метод создаёт универсальную платформу для производства сложных трёхмерных оптических структур с возможностью масштабирования на промышленный уровень.

По словам исследователей, технология позволяет сократить разрыв между созданием уникальных фотонных конструкций и их массовым производством. Это может стать важным шагом для развития трёхмерной интегрированной фотоники, которая используется в передовых вычислительных системах, телекоммуникациях и технологиях обработки данных.

Традиционные методы изготовления оптических структур часто основаны на использовании сфокусированных ионных пучков, которые формируют элементы по одному. Такой подход обеспечивает высокую точность, но значительно ограничивает скорость производства и делает создание сложных трёхмерных фотонных чипов слишком медленным и дорогим.

Китайские учёные предложили заменить этот процесс параллельным методом, который способен преобразовывать двумерные наноструктуры в сложные трёхмерные архитектуры сразу на всей кремниевой пластине диаметром 4 дюйма. Благодаря этому множество элементов можно создавать одновременно, что значительно повышает эффективность производства.

Исследователи сообщили, что новая технология обеспечивает угловую однородность более 97 процентов и позволяет сократить время изготовления более чем в сто раз по сравнению с методами на основе сфокусированных ионных пучков. Такой результат открывает возможность массового выпуска сложных оптических компонентов с сохранением нанометровой точности.

Сфокусированные ионные пучки долгое время применялись для сверхточной обработки поверхностей и анализа материалов, однако китайская разработка позволяет преодолеть некоторые ограничения этой технологии. Новый подход использует широкий ионный пучок, который способен одновременно изменять тысячи двумерных наноструктур и превращать их в трёхмерные конструкции.

Основой метода стала комбинация ионного травления и принципа самосборки, напоминающего бумажное оригами. Такой подход позволяет создавать сложные трёхмерные фотонные элементы непосредственно на уровне всей пластины, сохраняя высокую точность обработки.

Разработка появилась на фоне глобальной гонки за создание более быстрых и энергоэффективных вычислительных технологий. Крупнейшие компании и исследовательские центры мира активно развивают фотонные вычисления и оптические соединения, которые могут стать основой будущих систем искусственного интеллекта.

Компании Intel, TSMC, Ayar Labs и Lightmatter занимаются созданием кремниевой фотоники и оптических межсоединений, способных повысить производительность вычислительных систем. Одновременно исследовательские организации, включая бельгийский Imec и японскую NTT, разрабатывают новые платформы интегрированной фотоники.

Китай также усиливает позиции в этой области, развивая исследования через Китайскую академию наук и технологические компании, включая Huawei. Учёные считают, что переход от двумерных к трёхмерным оптическим структурам позволит создавать более плотные чипы, уменьшить помехи при передаче сигналов и реализовать функции, недоступные для традиционных архитектур.

Главной проблемой развития подобных технологий оставалось производство, поскольку сложные структуры было трудно создавать в больших объёмах. Новая методика решает эту задачу за счёт параллельного формирования тысяч элементов одновременно, что может приблизить появление массовых трёхмерных фотонных чипов для будущих вычислительных систем.