突破！新方法能將多個微米級的光學器件緊密地組裝在一塊芯片上

研究人員已經開發出一種高度精確的方法，可以將多個微米級的光學器件緊密地組裝在一塊芯片上。

這種新方法有一天可以實現基于芯片的光學系統的大批量制造，從而使更緊湊的光學通信設備和先進的成像設備成為可能。

英國斯特拉斯克萊德大學的Dimitars Jevtics說:“基于硅晶體管的電子技術的發展使芯片上的系統變得越來越強大和靈活?！薄叭欢?，一個芯片上的光學系統需要在一個芯片上集成不同的材料，因此沒有看到與硅電子一樣的規模發展?！?/p>

在Optica出版集團的《光學材料快報》雜志上，Jevtics及其同事描述了他們的新轉移打印工藝，并展示了其將多種材料制成的設備放置在單個芯片上的能力。所有這些設備，都集成在一個與設備本身大小相似的足跡中。

不同于其他方法通常局限于單一的材料，這種新方法提供了一個材料工具箱，未來的系統設計師可以從中挑選和參考。

“例如，片上光通信將需要將光源、通道和探測器裝配到可以與硅芯片集成的組件上?！拔覀兊霓D移打印工藝可以擴大規模，將數千個由不同材料制成的設備集成到一塊晶圓上。這將使微米尺度的光學設備能夠被集成到未來的高密度通信計算機芯片中，或集成到芯片生物傳感實驗室平臺中?！?/p>

在一個芯片上組裝多個設備的最大挑戰之一，是設法將它們非常緊密地放在一起，而不干擾已經在芯片上的設備。為了實現這一目標，研究人員開發了一種基于可逆粘附的方法，在這種方法中，將設備從生長基質中取出并釋放到新的表面上。

研究人員還通過在二氧化硅上放置半導體納米線，創造了一個多波長納米激光器系統。這種新的轉移印刷方法有一天可以大批量生產由多種材料制成的基于芯片的光學系統。

這種新方法使用一個安裝在機器人運動控制臺上的軟聚合物圖章，將光學設備從制造它的基片上取下來。將被放置的基板被放置在懸浮裝置的下面，并使用顯微鏡精確地對齊。一旦正確對齊，兩個表面就會接觸，從而將設備從聚合物標記中釋放出來，并將其沉積到目標表面上。精確的微裝配機器人技術、納米制造技術和顯微圖像處理技術的進步使這種方法成為可能。

Jevtics說:“通過仔細設計印章的幾何形狀以匹配設備，并控制聚合物材料的粘性，我們可以將設備設計為是否會被拿起來或釋放?！薄皟灮?，該過程不會造成任何損害，并可以通過自動化操作擴大規模，與晶圓規模的制造兼容?！?/p>

為了演示這項新技術，研究人員將鋁砷化鎵、鉆石和氮化鎵光學諧振器集成到一塊芯片上。這些光學諧振器表現出良好的光傳輸性能，表明集成工作良好。

他們還使用了打印方法來制造半導體納米線激光器，將納米線以空間密集的方式放置在主體表面上。掃描電子顯微鏡測量的納米線之間的分離，顯示了100納米范圍內的空間精度。通過在二氧化硅上放置半導體納米線，他們能夠創造一個多波長的納米激光系統。

“作為一種制造技術，這種打印方法并不局限于光學設備，”Jevtics說?！拔覀兿Ｍ娮訉＜乙材芸吹剿谖磥硐到y中應用的可能性?！?/p>

作為下一步，研究人員正努力用更多的設備復制這些結果，以證明它在更大的范圍內有效。他們還希望將他們的轉移印刷方法與他們以前開發的自動對準技術結合起來，以便能夠快速測量、選擇和轉移數以百計的隔離器件，用于成像和混合光學電路