Des chercheurs du MIT développent une plateforme de fabrication pour des puces photoniques flexibles et transparentes
Le domaine de la photonique sur silicium, qui utilise la lumière plutôt que l’électricité pour transmettre et traiter des données sur des puces semi-conductrices, a permis une évolution significative des systèmes optiques, passant de configurations encombrantes à des systèmes compacts et avancés. Cependant, les puces photoniques en silicium sont généralement rigides et opaques.
Des scientifiques du MIT ont mis au point un procédé évolutif pour fabriquer des puces photoniques en silicium flexibles et transparentes. Cela ouvre la voie à des microprocesseurs avancés pouvant être utilisés dans des applications telles que des moniteurs de santé discrets qui épousent les contours du corps ou des affichages de réalité augmentée transparents adaptés aux casques de pilotes.
Bien que des démonstrations en laboratoire de puces flexibles ou transparentes aient été réalisées, celles-ci étaient limitées à la fabrication de quelques dispositifs à la fois. Les chercheurs du MIT, en collaboration avec des ingénieurs de NY Creates au Albany NanoTech Complex, ont créé un processus de fabrication utilisant des techniques standard de fabrication de semi-conducteurs pour produire des puces photoniques en silicium flexibles et transparentes sur des wafers à grande échelle.
Pour valider cette plateforme, les chercheurs ont plié une puce unique des milliers de fois autour de cylindres de divers diamètres, allant jusqu’à la taille d’une petite vis, sans perte de performance. Ils ont également constaté que regarder à travers les puces ne provoquait que peu de brouillard ou de distorsion.
« Nous avons désormais développé un processus à l’échelle du wafer qui produit des wafers mécaniquement flexibles et optiquement transparents, permettant des applications novatrices qui n’étaient pas possibles auparavant avec la photonique sur silicium », a déclaré Jelena Notaros, professeure associée en ingénierie électrique et informatique au MIT et auteur principal d’un article sur cette plateforme de fabrication.
Les co-auteurs comprennent Tal Sneh et Andres Garcia Coleto, étudiants diplômés en EECS, ainsi que Thomas Dyer et Kevin Fealey du New York Center for Research, Economic Advancement, Technology, Engineering, and Science (NY Creates). L’article est publié dans la revue Optica.
Au cours de la dernière décennie, des techniques ont été développées pour fabriquer des dispositifs photoniques en silicium précis et fiables à grande échelle. Les méthodes actuelles produisent des wafers de 300 millimètres de diamètre contenant des milliards de dispositifs optiques à l’échelle nanométrique, mais ces puces restent rigides et opaques.
« Nous avons réalisé qu’il existe de nombreuses applications qui bénéficieraient d’une puce flexible et transparente », a ajouté Notaros. Les chercheurs ont récemment démontré un processus de fabrication à l’échelle de fonderie pour des puces photoniques en silicium sur un substrat flexible.
Leur processus de fabrication commence comme pour un wafer en silicium traditionnel. Les chercheurs déposent et dessinent des fils optiques appelés guides d’ondes sur ce substrat rigide. Ils fixent ensuite un wafer en silicium temporaire au-dessus, retournent le wafer et retirent le substrat en silicium d’origine. Ils obtiennent ainsi une couche plate de matériau d’une épaisseur inférieure à un dixième d’un cheveu humain.
Les chercheurs ont géré le stress sur le wafer en utilisant des processus à basse température, ne dépassant pas 500 degrés Celsius, et ont trouvé la bonne combinaison de méthodes d’élimination pour ne pas endommager les couches ultrafines restantes.
Trois expériences ont été menées pour tester différentes fonctionnalités de ces wafers photoniques flexibles et transparents, notamment leur performance optique et leur flexibilité. Les résultats montrent que ces caractéristiques pourraient rendre ces puces particulièrement adaptées pour des systèmes photoniques en silicium dans des applications telles que des affichages de réalité augmentée courbés.
À l’avenir, les chercheurs souhaitent ajouter des composants plus complexes et affiner le design pour améliorer l’efficacité des guides d’ondes et la performance de transparence.
Cette recherche a été financée en partie par la National Science Foundation, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) et une bourse MathWorks. Le traitement des wafers a été effectué à NY Creates, et la découpe des puces a été réalisée à MIT.nano.
Source : MIT News.
