荷兰埃因霍温技术大学开发新型打印方法

自2020年以来，由荷兰埃因霍温技术大学(TU/e)领导的“INSPIRE”项目旨在开发一种新型打印方法，以实现混合光子芯片的大规模制造。这项新技术结合了多种技术，为应用创造了新的可能性。

“基本上，目前的光子芯片主要有三种类型，”光子集成教授兼INSPIRE项目协调员Martijn Heck说，“它们要么基于硅、氮化硅或磷化铟。在TU/e，我们是后者的专家。”目前使用的每一种光子材料都有优缺点。硅尤其是氮化硅，可用于芯片并以低损耗传输光。并且可以使用现有的半导体制造技术生产基于硅的芯片。

微转移印刷工艺的示意图

Heck评论说：“在磷化铟中，我们能够制造激光器和放大器等有源元件，而基于氮化硅的光子学在引导光方面的效率要高得多。因此对于许多应用而言，最佳设备将由这两种材料组成。”

从技术上讲，可以将磷化铟器件放置在硅基波导之上。然而，INSPIRE的代工厂Smart Photonics的首席技术官Luc Augustin 表示，磷化铟和氮化硅晶圆都可以大批量生产，每个晶圆都包含数千个光子器件。但是当把这两种材料放在一起时，必须逐个制作芯片。这在实验室环境中可能没问题，但对于工业生产来说效率太低。

INSPIRE项目旨在解决该问题并以可扩展的方式组合多种材料。Heck说：“我们将三种独立的成熟技术结合在一起，使用由X-Celeprint提供的微转移印刷，在imec生产的氮化硅晶片上打印多个由Smart Photonics制造的磷化铟器件。”

为了展示该项混合技术的潜力，项目探索了三个应用实例。第一个是分布式光纤传感读数器，由项目合作伙伴Thales提出。Thales希望有一个系统能够借助光纤检测建筑物和桥梁等大型结构的故障。

第二个用例涉及无线通信的微波光子学。对于无线通信来说，频率越高，覆盖范围越小。所以当从4G上升到5G或6G时，你需要更多的基站。要将信号从基站传递到基站，可以使用光纤。

第三个用例是与剑桥大学一起探索的用于降低数据中心能耗的光开关，从光子学的角度来看，这是一个更传统的用例。当前的数据中心是全光子的，数据中心和电信目前约占市场的 80%。

除了以上三个用例之外，Jiao和Heck还在考虑第四个用例：光量子处理器。Heck说：“虽然这个领域更多的是一个利基市场，但用于量子技术的单光子源或探测器等应用肯定会成为一个有趣的用例。”