Ученые создают полупроводниковый чип на основе света

Первая в своем роде архитектура чипа, использующая как электронные, так и световые компоненты, может проложить путь к технологии 6G.

Исследование, опубликованное 20 ноября в Nature Communications, предлагает схему коммуникационных чипов, необходимых для передовых радаров, спутниковых систем, передовых беспроводных сетей (Wi-Fi) и даже будущих поколений мобильных технологий 6G и 7G.

Интегрируя световые, или фотонные компоненты, в обычную печатную плату на электронной основе, исследователи значительно увеличили полосу пропускания радиочастот (RF), продемонстрировав при этом повышенную точность сигнала на высоких частотах.

Они создали рабочий прототип сетевого полупроводникового чипа размером 5 на 5 миллиметров, взяв кремниевую пластину и прикрепив электронные и фотонные компоненты в виде "чиплетов", похожих на кубики Lego.

Важно отметить, что они также улучшили то, как чипы фильтруют информацию.

Беспроводные приемопередатчики передают данные, а микроволновые фильтры, встроенные в обычные чипы, блокируют сигналы в неправильном частотном диапазоне. Микроволновые фотонные фильтры выполняют ту же функцию для сигналов на основе света. Но объединить фотонные и электронные компоненты, а также эффективные микроволновые фотонные фильтры на одном чипе было чрезвычайно сложно.

Согласно исследованию, благодаря точной настройке на определенные частоты в более высоких диапазонах, которые, как правило, переполнены, через чип может проходить больше информации с большей точностью. Это важно для будущих беспроводных технологий, которые будут опираться на более высокие частоты. Они имеют более короткие длины волн и, следовательно, могут передавать больше энергии, что соответствует более высокой пропускной способности для передачи данных.

“Микроволновые фотонные фильтры играют решающую роль в современных приложениях связи и радиолокации, предлагая гибкость для точной фильтрации различных частот, снижения электромагнитных помех и повышения качества сигнала", - сказал руководитель исследовательской группы Бен Эгглтон, проректор по научной работе Сиднейского университета.

Устройства, подключающиеся к сетям 5G, такие как смартфоны, передают и принимают данные в различных диапазонах радиочастот — от низкочастотного диапазона (менее одного гигагерца) до высокочастотного диапазона (от 24 до 53 ГГц).

Более высокие частоты обеспечивают более высокую скорость из-за большей энергетической емкости коротких волн, но существует высокая вероятность помех и создания препятствий. Это связано с тем, что короткие волны с трудом проникают через большие поверхности и объекты, что также уменьшает дальность действия сигнала.

6G, который, как ожидается, станет массовым к 2030-м годам, будет работать на частоте - от 7 до 15 ГГц, согласно Глобальной ассоциации систем мобильной связи (GSMA).

Однако самые высокие диапазоны 6G для промышленного применения должны быть выше 100 ГГц и, возможно, даже достигать 1000 ГГц, а скорости могут достигать теоретического максимума в 1000 гигабит в секунду,

Это означает, что необходимо создавать коммуникационные чипы со значительно более высокой полосой пропускания ВЧ и усовершенствованной фильтрацией для устранения помех на этих более высоких частотах. Именно здесь на помощь приходят достижения в архитектуре чипов - фотоника играет ключевую роль в сетевых полупроводниковых чипах, которые будут использоваться для устройств 6G.