تتيح طباعة النقل الدقيق لضوئيات السيليكون دمج مواد متعددة على نطاق واسع
يمكن أن تحصل الضوئيات السيليكونية على دفعة كبيرة من تقنية التصنيع التي تسمح بدمج مواد مختلفة على نفس المنصة، مما قد يساعد في بناء أجهزة حوسبة واتصالات أسرع وأكثر قدرة. يستكشف الباحثون الطباعة بالنقل الدقيق (MTP) كوسيلة للتغلب على أحد أكبر القيود في ضوئيات السيليكون: صعوبة دمج المواد التي لا يمكن معالجتها باستخدام تصنيع أشباه الموصلات القياسية CMOS. تستخدم الضوئيات السيليكونية الإشارات الضوئية بدلاً من الإشارات الكهربائية لنقل البيانات، مما يساعد على معالجة حدود النطاق الترددي وزمن الوصول في التوصيلات الكهربائية التقليدية. وتستخدم هذه التكنولوجيا بالفعل على نطاق واسع في الاتصالات السلكية واللاسلكية ونقل البيانات، ويمكن أن ينمو دورها حيث تتطلب أنظمة الحوسبة حركة أسرع للبيانات. لكن السيليكون وحده لا يستطيع أداء كل الوظائف التي تحتاجها الأنظمة الضوئية المتقدمة. على سبيل المثال، مواد أشباه الموصلات التقليدية من المجموعة الرابعة ليست مناسبة تمامًا لتوليد الضوء مباشرة على الشريحة. يمكن لمواد مثل أشباه الموصلات III-V ونيوبات الليثيوم أن تسد هذه الفجوات، لكن دمجها مع ضوئيات السيليكون يظل تحديًا للتصنيع. طباعة مواد جديدة معًا يقول الباحثون إن الخطة المتوسطة الأجل يمكن أن توفر طريقة أكثر مرونة للجمع بين أنظمة المواد المختلفة هذه معًا. تبدأ العملية بأجهزة ذات أغشية رقيقة، تُعرف بالكوبونات، يتم تصنيعها على رقاقة مصدر. يتم حفر الطبقة المضحية بشكل انتقائي، مما يسمح لختم مطاطي بالتقاط الأجهزة ووضعها على الرقاقة المستهدفة. يمكن بعد ذلك تأمين المكونات المطبوعة من خلال مادة لاصقة أو ربط مباشر. يسمح هذا الأسلوب بدمج أجهزة متعددة مصنوعة من مواد مختلفة في منصة كبيرة لضوئيات السيليكون. “من بين الأساليب المختلفة التي يتم اتباعها لتمكين التكامل غير المتجانس على نطاق الرقاقة، تعد MTP تقنية ناشئة متعددة الاستخدامات تجمع بين فوائد التجميع على مستوى القالب والمعالجة على نطاق الرقاقة،” يوضح إير. يي تشن من جامعة غنت – imec، بلجيكا. وتتمثل إحدى المزايا الرئيسية في إمكانية تصنيع كل مادة أو مكون باستخدام العملية الأكثر ملاءمة لها قبل تجميعها معًا في المنصة الضوئية النهائية. قد يسمح ذلك للمصممين بدمج الشرائح المتخصصة دون التخلي عن قابلية التوسع التي توفرها ضوئيات السيليكون المتوافقة مع CMOS. وقد تم بالفعل إثبات هذا النهج في العديد من الأنظمة الضوئية. وتشمل هذه المحركات الضوئية السيليكونية التي تستخدم ليزر فوسفيد الإنديوم لمعالجة الإشارات الضوئية والميكروويف، وليزر زرنيخيد الغاليوم المدمج مع أدلة موجة نيتريد السيليكون، وأشعة ليزر فوسفيد الإنديوم ذات العرض الضيق للاتصالات المتماسكة والليدار. الضوئيات تتجه نحو النطاق الواسع. وقد أظهر الباحثون أيضًا تكاملًا على مستوى الرقاقة لمُعدِّلات نيوبات الليثيوم مع الدوائر الضوئية من نيتريد السيليكون، إلى جانب منصات الاستقبال الضوئية الإلكترونية الضوئية غير المتجانسة. تشير هذه العروض التوضيحية إلى دور أوسع للخطة المتوسطة الأجل يتجاوز تطبيقًا واحدًا. ومن خلال السماح لمواد مختلفة بالعمل معًا، يمكن لهذه التقنية أن تدعم الأنظمة الضوئية المصممة لمجالات تتراوح من الاتصالات والاستشعار إلى التقنيات الكمومية والبنية التحتية الحاسوبية المتقدمة. ومع ذلك، فإن التكنولوجيا ليست جاهزة بعد للنشر الصناعي على نطاق واسع. حدد الباحثون العديد من العقبات، بما في ذلك إنتاجية التصنيع والموثوقية وإنتاجية الإنتاج. وستكون هناك حاجة أيضًا إلى وجود سلسلة توريد قوية ونظام بيئي للتصنيع إذا كان للخطة المتوسطة الأجل أن تنتقل من العروض البحثية إلى الإنتاج بكميات كبيرة. ولمواجهة هذه التحديات، تسلط الدراسة الضوء على خط تجريبي جديد يركز على تطوير العناصر الأساسية المطلوبة لاستخدام الخطة المتوسطة الأجل في التصنيع الصناعي واسع النطاق. يمكن أن يساعد هذا الجهد في تحديد كيفية أداء العملية عندما تنتقل إلى ما هو أبعد من العروض التوضيحية على نطاق المختبر. ويخلص إير إلى أن “تقنية MTP لا تزال في مراحلها الأولى من التطبيق التجاري؛ ومع ذلك، نعتقد أن التقدم المستمر سيؤدي قريبًا إلى تصنيع صناعي واسع النطاق، مما يمهد الطريق لضوئيات السيليكون المتقدمة التي ستفيد العديد من الصناعات”. تشين. ونشرت الدراسة في مجلة Lightwave Technology.
تم النشر: 2026-07-21 23:56:00
