Výrobu optických 3D čipov sa nečakane podarilo skrátiť z hodín na sekundy

 

​Kľúčové zistenia:

• Nové postupy skracujú čas produkcie trojrozmerných optických štruktúr z dlhých hodín na zlomok sekundy.

• Technológia holografickej projekcie dokáže vyformovať celý objekt naraz bez potreby postupného nanášania vrstiev.

• Metóda ionizačného skladania deformuje ploché štruktúry do priestorových tvarov na celej kremíkovej doske súčasne.

Optické čipy využívajú na prenos a spracovanie dátových informácií fotóny, čo im poskytuje vyššiu priepustnosť dát a nižšiu spotrebu energie v porovnaní s elektronickými procesormi. Masová produkcia týchto čipov doteraz narážala na zásadný problém spojený s veľmi pomalým vytváraním presných trojrozmerných nanoštruktúr.

Tradičná technológia zaostreného iónového lúča totiž funguje ako miniatúrna fréza, ktorá zložito formuje štrukturálne detaily bod po bode. Spracovanie malej oblasti s rozmermi 100 x 100 mikrometrov trvá pri tejto sériovej metóde minimálne 7 minút čistého času. Dva nové prístupy ázijských výskumných tímov však tento zdĺhavý výrobný proces radikálne zrýchľujú o niekoľko rádov.

Prvý vedecký tím vyvinul prevratnú technológiu, ktorá je vo vedeckých kruhoch označovaná ako digitálna inkoherentná syntéza holografických svetelných polí. Tento systém nebuduje konečný fyzický objekt pomalým nanášaním vrstiev, ale premieta celý trojrozmerný tvar do štruktúry materiálu naraz.

Konštrukčné zariadenie vytvorí zložité optické komponenty za 0,6 sekundy s produkčnou rýchlosťou 333 kubických milimetrov za sekundu. Minimálna veľkosť vyprodukovaného detailu pri takomto tempe dosahuje 12 mikrometrov, čo je zlomok bežnej hrúbky ľudského vlasu. Paralelný výskum v partnerskej vedeckej inštitúcii priniesol odlišnú techniku, ktorá na pohľad pripomína nanometrické skladanie papiera.

Výskumníci najprv pomocou presnej elektrónovej litografie vytvoria dvojrozmerné obrazce na tenkých membránach z nitridu kremíka, ktoré sú dodatočne pokryté vrstvou zlata. Celá produkčná doska s priemerom 100 milimetrov je následne plošne vystavená rovnomernému prúdu voľných argónových iónov.

Tieto voľné častice prenikajú do povrchu a vytvárajú kontrolované defekty mriežky, čo spôsobuje synchronizované zloženie všetkých plošných vzorov do priestorových útvarov. Priemyselná transformácia prebehne v priebehu desiatok sekúnd a dosahuje stabilne viac ako 97-percentnú konštrukčnú uhlovú presnosť. Rýchlejšia produkcia zložitejších optických čipov má priamy a bezprostredný dopad na viaceré pridružené technologické odvetvia.

Schopnosť vyrábať tieto zložité komponenty vo veľkom meradle je dnes kľúčová pre hardvér umelej inteligencie a moderné telekomunikačné zariadenia. Výrazné zrýchlenie výroby odstraňuje hlavné prekážky škálovania, vďaka čomu môžu tieto súčiastky prejsť z akademických laboratórií do bežnej komerčnej prevádzky.

Optické spojenia v dátových centrách zároveň znižujú spotrebu dodávanej elektriny, čo podnikom šetrí prevádzkové náklady a zjednodušuje chladenie serverov. Tento vopred neočakávaný pokrok v blízkej budúcnosti pomôže aj pri vývoji citlivých zdravotných senzorov na analýzu zloženia krvi.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Nové postupy umožňujú masovú produkciu optických čipov, čo markantne zrýchli výpočtový výkon pre umelú inteligenciu pri nižších energetických nárokoch.

Zdroj: interestingengineering.com foto: ChatGPT