一种新型的可编程光子电路的制造方法

（文章来源：科技报告与资讯）

现代社会依赖以电子集成电路（IC）为核心的技术，但事实证明这些技术不太适合未来的应用，例如量子计算和环境传感。光子集成电路（PIC）是电子IC的基于光的等同物，是一种新兴的技术领域，可以提供更低的能耗，更快的运行速度和更高的性能。然而，当前的PIC制造方法导致所制造的器件之间有较大差异，导致产量受限，概念上的想法与工作器件之间的长时间延迟以及缺乏可配置性。埃因霍温科技大学的研究人员设计了一种制造PIC的新工艺，以解决这些关键问题，

光子集成电路（PIC）通过可见光和红外光传送信号。折射率可调的光学材料对于可重配置的PIC是必不可少的，因为它们可以更精确地控制穿过材料的光，从而带来更好的PIC性能。

当前的可编程PIC概念受到诸如挥发性和/或高光信号损耗等问题的困扰，这两者都会对材料保持其编程状态的能力产生负面影响。使用氢化非晶硅（a-Si：H）（一种用于薄膜硅太阳能电池的材料）以及相关的Staebler-Wronski效应（SWE），该效应描述了如何通过以下方式改变a-Si：H 的光学特性，埃因霍温科技大学的研究人员设计了一种新的PIC制造工艺，该工艺解决了现有技术的不足，并可能导致通用可编程PIC的出现。

电气工程系副教授兼该项目的研究负责人Oded Raz认为，这种方法对于PIC领域可能至关重要。“这是可重配置PIC在世界范围内的首个演示，其中用于制造集成光学电路的所选材料正在编程中”。Mahir Asif Mohammed还指出，现有制造PIC的方法的产量通常非常低。“我们的方法可以大大提高产量”。

这种革命性的新方法可能预示着对可重构PIC进行进一步研究的浪潮的到来， “最重要的是，与目前的方法相比，原型制作的时间要短得多，而且准确得多”，Raz说。Mohammed补充说：“随着我们继续研究该方法，我们预计原型制作的时间将继续减少。”

研究人员还指出，可以将加热器放置在预曝光设备上，以允许用户根据需要对PIC设备进行编程。相同的加热器还可以重置设备并将其返回到易于重新编程的状态。“我们的方法促进了材料的可重复使用和可持续使用”， Mohammed说。最重要的一点，正如Raz指出的那样，“这种方法使用户可以轻松地对PIC的功能进行编程，并同时纠正制造过程中的小错误。即只需对其进行调整就可以了！”

为了评估曝光和加热a-Si：H的光学特性的效率，研究人员首先考虑了概念验证实验，他们研究了硅衬底上a-Si：H薄层的折射率变化。该材料经历了加热（在氮气环境中、黑暗中持续四个小时）和光浸泡（通过在近红外范围内的可调谐激光器）处理的周期。实验表明，可逆折射率变化约为0.001，这是制造可重构PIC的关键要求。

接下来，基于微环谐振器（MRR）的可重配置光开关也经历了光浸泡和加热处理的周期，也显示出可重复的可逆性。最后，为了更好地理解可逆折射率变化的原因，研究人员检查了一维膜结构的变化，其中显示MRR器件开关状态的主要起因是亚稳态体积膨胀。
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