Chip que usa luz é fabricado com tecnologia industrial

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/07/2019

Os primeiros protótipos já foram fabricados com equipamentos padrão da indústria, e não mais em plataformas de laboratório.
[Imagem: PLASMOfab]

Eletrônica casada com fotônica

Pesquisadores financiados pela União Europeia criaram uma plataforma inovadora que promete levar do laboratório para a indústria os circuitos que trocam a eletricidade pela luz, viabilizando um menor consumo de energia e um desempenho muito acima dos chips eletrônicos convencionais.

A plataforma viabiliza a fabricação conjunta de circuitos eletrônicos e circuitos fotônicos no mesmo chip, usando os processos de produção padronizados da indústria atual, conhecidos como CMOS.

Os "processadores de luz" já estão muito avançados em escala de laboratório, mas o problema em levá-los para os produtos de consumo tem a ver com a incompatibilidade de dimensões. Enquanto os chips eletrônicos são medidos em nanômetros, os chips fotônicos estão na ordem dos micrômetros e até dos milímetros - a luz é muito rápida, mas seu comprimento de onda é longo.

O projeto PLASMOfab, que reuniu dez parceiros industriais e institutos acadêmicos e de pesquisa de vários países, superou essa incompatibilidade dimensional com a ajuda da tecnologia plasmônica.

Protótipo de de transmissor plasmônico ultracompacto.
[Imagem: Dabos et al. - 10.1038/s41598-018-31736-4]

Convergência da plasmônica, fotônica e eletrônica

Em vez de trabalhar com as ondas de luz diretamente, a plasmônica trabalha com plásmons de superfície, oscilações conjuntas de elétrons que a luz gera na superfície dos metais e que têm períodos muito menores do que o comprimento de onda da luz. Isso permitiu mesclar circuitos integrados fotônicos (PICs: Photonic Integrated Circuits) com circuito integrados optoeletrônicos para criar um chip plasmo-fotônico.

Uma grande conquista do projeto foi o desenvolvimento de um protótipo de transmissor plasmônico ultracompacto. O dispositivo tem uma área útil de 90 x 5,5 µm2 e transmite 0,8 TBit/s (800 Gbit/s) através de 4 transmissores individuais de 0,2 TBit/s.

Para isso, processos CMOS padronizados foram usados para mesclar metais compatíveis como alumínio, nitreto de titânio e cobre, e estruturas fotônicas com eletrônica. A equipe do projeto também demonstrou como baixas perdas de propagação podem ser alcançadas usando guias de ondas plasmônicos de alumínio compatíveis com CMOS, co-integrados com fotônica de nitreto de silício.

"Quando o melhor de todos os três mundos da plasmônica, fotônica e eletrônica convergirem em uma única plataforma de integração, os PICs com desempenho e funcionalidade sem precedentes serão alcançados, visando um conjunto diversificado de aplicações e necessidades industriais, atendendo aos requisitos de produção em massa," disse o professor Dimitris Tsiokos, da Universidade de Aristóteles, na Grécia, que liderou o projeto.

Bibliografia:

Artigo: Plasmonics co-integrated with silicon nitride photonics for high-sensitivity interferometric biosensing
Autores: A. Manolis, E. Chatzianagnostou, G. Dabos, N. Pleros, B. Chmielak, A. L. Giesecke, C. Porschatis, P. J. Cegielski, L. Markey, J.-C. Weeber, A. Dereux, D. Tsiokos
Revista: Optics Express
Vol.: 27, Issue 12, Page 17102
DOI: 10.1364/OE.27.017102

Artigo: Aluminum plasmonic waveguides co-integrated with Si3N4 photonics using CMOS processes
Autores: George Dabos, Athanasios Manolis, Dimitris Tsiokos, Dimitra Ketzaki, Evangelia Chatzianagnostou, Laurent Markey, Dmitrii Rusakov, Jean-Claude Weeber, Alain Dereux, Anna-Lena Giesecke, Caroline Porschatis, Thorsten Wahlbrink, Bartos Chmielak, Nikos Pleros
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: 8, Article number: 13380
DOI: 10.1038/s41598-018-31736-4