Les chercheurs ont développé une nouvelle façon d'assembler plusieurs dispositifs optiques à l'échelle nanométrique extrêmement proches les uns des autres sur une seule puce. Ils ont démontré la méthode d'impression par transfert en plaçant des nanotubes de 1 à 3 microns. Crédit :Dimitars Jevtics, Université de Strathclyde
Les chercheurs ont développé un moyen très précis d'assembler plusieurs dispositifs optiques à l'échelle du micron extrêmement proches les uns des autres sur une seule puce. La nouvelle approche pourrait un jour permettre la fabrication en grand volume de systèmes optiques à base de puces qui permettraient des dispositifs de communication optiques plus compacts et des imageurs avancés.
"Le développement de l'électronique basée sur des transistors au silicium a permis des systèmes sur puce de plus en plus puissants et flexibles, " Dimitars Jevtics de l'Université de Strathclyde au Royaume-Uni. " Systèmes optiques sur puce, cependant, nécessitent l'intégration de différents matériaux sur une même puce et, donc, n'ont pas connu le même développement d'échelle que l'électronique au silicium."
Dans la revue Optica Publishing Group Matériaux optiques Express , Jevtics et ses collègues décrivent leur nouveau procédé d'impression par transfert et démontrent sa capacité à placer des dispositifs constitués de plusieurs matériaux sur une seule puce, tous intégrés dans une empreinte de taille similaire aux appareils eux-mêmes. Alors que d'autres méthodes sont généralement limitées à un seul matériau, cette nouvelle approche fournit une boîte à outils de matériaux dans laquelle les futurs concepteurs de systèmes peuvent puiser.
"Communications optiques sur puce, par exemple, nécessitera l'assemblage de sources optiques, canaux et détecteurs sur des sous-ensembles intégrables avec des puces silicium, " a déclaré Jevtics. " Notre processus d'impression par transfert pourrait être étendu pour intégrer des milliers de dispositifs fabriqués à partir de différents matériaux sur une seule plaquette. Cela permettrait d'intégrer des dispositifs optiques à l'échelle du micron dans les futures puces informatiques pour les communications à haute densité ou dans les plates-formes de biodétection de laboratoire sur puce. »
Une meilleure façon de choisir et de placer
L'un des plus grands défis pour l'assemblage de plusieurs appareils sur une puce est d'essayer de les placer très près les uns des autres sans perturber les appareils déjà présents sur la puce. Pour y parvenir, les chercheurs ont développé une méthode basée sur l'adhésion réversible dans laquelle un dispositif est prélevé et libéré de son substrat de croissance et placé sur une nouvelle surface.
Les chercheurs ont également créé un système de nanolaser à plusieurs longueurs d'onde en plaçant des nanofils semi-conducteurs sur du dioxyde de silicium. La nouvelle méthode d'impression par transfert pourrait un jour permettre la fabrication en grand volume de systèmes optiques à base de puces constitués de plusieurs matériaux. Crédit :Dimitars Jevtics, Université de Strathclyde
La nouvelle méthode utilise un tampon en polymère souple monté sur une platine de commande de mouvement robotique pour prélever un dispositif optique sur le substrat sur lequel il a été fabriqué. Le substrat sur lequel il sera placé est ensuite positionné sous le dispositif suspendu et aligné avec précision à l'aide d'un microscope. Une fois aligné correctement, les deux surfaces sont mises en contact, qui libère le dispositif du tampon polymère et le dépose sur la surface cible. Avancées dans la robotique de micro-assemblage de précision, les techniques de nanofabrication et le traitement d'images en microscopie ont permis de rendre cette approche possible.
"En concevant soigneusement la géométrie du tampon pour l'adapter à l'appareil et en contrôlant l'adhésivité du matériau polymère, nous pouvons déterminer si un appareil sera récupéré ou libéré, " a déclaré Jevtics. " Une fois optimisé, ce processus n'induit aucun dommage et peut être étendu à l'aide de l'automatisation pour être compatible avec la fabrication à l'échelle des plaquettes. »
Création d'une puce densément emballée
Pour démontrer la nouvelle technique, les chercheurs ont intégré l'arséniure de gallium d'aluminium, résonateurs optiques en diamant et en nitrure de gallium sur une seule puce. Ces résonateurs optiques présentaient une bonne transmission optique, démontrant que l'intégration a bien fonctionné.
Ils ont également utilisé l'approche d'impression pour créer des lasers à nanofils à semi-conducteurs en plaçant des nanofils sur des surfaces hôtes dans des arrangements spatialement denses. Les mesures de microscopie électronique à balayage de la séparation entre les nanofils ont démontré une précision spatiale de l'ordre de 100 nanomètres. En plaçant des nanofils semi-conducteurs sur du dioxyde de silicium, ils ont pu créer un système de nanolaser à plusieurs longueurs d'onde.
« En tant que technique de fabrication, cette approche d'impression n'est pas limitée aux dispositifs optiques, " a déclaré Jevtics. "Nous espérons que les spécialistes de l'électronique verront également des possibilités d'application dans les futurs systèmes."
Comme prochaine étape, les chercheurs s'efforcent de reproduire ces résultats avec un plus grand nombre d'appareils pour montrer que cela fonctionne à plus grande échelle. Ils souhaitent également combiner leur approche d'impression par transfert avec une technique d'alignement automatisé qu'ils ont développée précédemment pour permettre une mesure rapide, sélection et transfert de centaines de dispositifs isolés pour des applications en imagerie et circuits optiques hybrides.
