به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، فناوریهای فوتونیک با انتقال داده از طریق نور بهجای جریان الکتریکی، راهکاری امیدبخش برای غلبه بر محدودیتهای پهنای باند و مصرف انرژی به شمار میروند. با این حال، تبدیل این ظرفیت به سختافزار قابل تولید در مقیاس صنعتی، همواره با چالش فرآیندهای تولید کند و پیچیده مواجه بوده است.
اکنون یک گروه پژوهشی چینی اعلام کرده است که یکی از مهمترین موانع تولید در این حوزه را برطرف کرده و روشی جدید برای ساخت ارائه داده است که زمان تولید ساختارهای نوری سهبعدی پیچیده را از چند ساعت به چند ثانیه کاهش میدهد.
این پروژه توسط پژوهشگرانی از مؤسسه فیزیک آکادمی علوم چین (CAS) با همکاری دانشگاه هنگکنگ و چند مؤسسه پژوهشی دیگر چین انجام شده است.
این پژوهش بستری چندمنظوره ایجاد میکند که شکاف میان طراحیهای پیچیده و تولید انبوه ساختارهای فوتونیکی سهبعدی نسل آینده را از بین میبرد.
جایگزینی تولید ترتیبی با تولید موازی
در روشهای متداول، از فناوری پرتوی یونی متمرکز برای تراشیدن ساختارهای نانومتری استفاده میشود؛ فرآیندی که باید هر ساختار را بهصورت جداگانه تولید کند.
پژوهشگران چینی بهجای این روش، یک فرآیند تولید موازی توسعه دادهاند که قادر است الگوهای دوبعدی را بهطور همزمان در سراسر یک ویفر ۱۰ سانتیمتری (۴ اینچی) به ساختارهای سهبعدی تبدیل کند.
پرتوهای یونی متمرکز معمولاً برای پردازش و تحلیل سطح مواد بهکار میروند.
این فناوری جدید توانسته است یکنواختی زاویهای بیش از ۹۷ درصد را حفظ کند و در مقایسه با روش قبلی، زمان ساخت را بیش از دو مرتبه بزرگی (بیش از ۱۰۰ برابر) کاهش دهد.
رقابت جهانی بر سر فوتونیک برای هوش مصنوعی
این پیشرفت در شرایطی حاصل شده که رقابت جهانی برای توسعه فناوریهای فوتونیکی ویژه هوش مصنوعی شدت گرفته است.
شرکتهایی مانند اینتل، TSMC ، Ayar Labs و Lightmatter سرمایهگذاری گستردهای در حوزه فوتونیک سیلیکونی و فناوریهای اتصال نوری انجام دادهاند. همچنین مراکز تحقیقاتی نظیرImec بلژیک و NTT ژاپن نیز در حال توسعه نسل جدید پلتفرمهای فوتونیکی هستند.
چین نیز از طریق مؤسساتی مانند آکادمی علوم چین و شرکتهایی همچون هوآوی سرمایهگذاری خود را در توسعه تراشههای فوتونیکی افزایش داده است.
چرا فوتونیک اهمیت دارد؟
رشد سریع مدلهای هوش مصنوعی فشار بیسابقهای بر سختافزارهای محاسباتی وارد کرده است. اتصالهای نوری در مقایسه با ارتباطات الکتریکی سنتی، پهنای باند بسیار بالاتر و مصرف انرژی بسیار کمتری دارند.
علاوه بر این، توسعه ساختارهای نوری در قالب سهبعدی امکان ایجاد مسیرهای پیچیدهتر انتقال نور، افزایش تراکم اجزا، کاهش تداخل سیگنالها و دستیابی به قابلیتهایی را فراهم میکند که در طراحیهای دوبعدی امکانپذیر نیست.
در روشهای رایج، سیستمهای FIB هر ساختار را بهصورت نقطهبهنقطه و با دقت نانومتری تولید میکنند. اگرچه این روش بسیار دقیق است، اما به دلیل سرعت پایین و هزینه بالا، تنها برای نمونههای آزمایشگاهی مناسب بوده و قابلیت تولید انبوه در مقیاس ویفر را ندارد.
استفاده از فناوری «اوریگامی» در ساخت تراشه
پژوهشگران برای رفع این محدودیت، روش تولید ترتیبی را با یک فرآیند کاملاً موازی جایگزین کردند که کل ویفر را بهصورت همزمان پردازش میکند.
در این فناوری، بهجای ماشینکاری تکتک ساختارها با پرتو یونی متمرکز، کل ویفر در معرض یک پرتوی یونی گسترده قرار میگیرد.
این روش باعث میشود هزاران ساختار نانومتری دوبعدی که از پیش طراحی شدهاند، بهطور همزمان و هماهنگ به ساختارهای سهبعدی تبدیل شوند.
این فناوری، حکاکی با پرتو یونی گسترده را با یک راهبرد خودتاشونده شبیه به اوریگامی ترکیب میکند و امکان تولید در مقیاس ویفر را در کنار حفظ دقت نانومتری فراهم میسازد.
پژوهشگران این فرآیند را به چاپ یک صفحه کامل روزنامه بهجای نوشتن تکتک حروف تشبیه کردهاند.
آزمایش روی دو نمونه فوتونیکی
برای نمایش قابلیتهای این فناوری، تیم تحقیقاتی دو نوع قطعه فوتونیکی مختلف تولید کرد.
نمونه نخست، یک متاسطح خمیده سهبعدی کایرال بود که توانست میزان دیکروئیسم دایرهای معادل ۰٫۸ را در محدوده مادون قرمز میانی بهدست آورد و کنترل مؤثری بر نور با قطبش دایرهای نشان دهد.
نمونه دوم، یک شبکه پلاسمونیکی چینخورده بود که با تغییر میزان انحنای آن، امکان تنظیم تشدید نوری در بازه ۱۵۰ نانومتری از طیف مرئی فراهم شد.
منبع: scmp
