Командой научно-образовательного центра Функциональные Микро/Наносистемы (НОЦ ФМН) — совместного кластера МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова» — разработана уникальная технология изготовления фотонных интегральных схем (ФИС). Минимальные размеры фотонных структур составляют 50-нм, а потери оптического сигнала (ключевая характеристика качества) в бауманских ФИС не превышают 5 дБ/м в телекоммуникационном диапазоне длин волн.
Эти показатели опережают результаты таких лидеров мировой индустрии, как AIM Photonics, IMEC, CEA-Leti (IEEE November 2023). Фотонные интегральные схемы — наряду с источниками и детекторами одиночных фотонов — являются одним из ключевых элементов триады для создания оптических квантовых и нейроморфных процессоров, заточенных на ускорение систем искусственного интеллекта и вычислительной экосистемы устройств Индустрии 4.0.
До настоящего времени одним из препятствий на пути создания высокоэффективных фотонных процессоров являлись высокие потери сигнала в волноводах — оптических каналах, по которым распространяются фотоны, реализуя вычислительный алгоритм. Типичный фотонный процессор состоит из разветвлённой оптической сети каналов (более 100), и даже незначительные потери излучения в каждом из них приводят к существенным ошибкам в выполнении алгоритма.
В НОЦ ФМН разработана технология ФИС на основе волноводов из нитрида кремния, в которой применяются технологии, аналогичные производству чипов самых современных процессоров. Ее особенностью является использование в процессе сверхчистых материалов с заданной стехиометрией и оптическими свойствами (для роста высококачественного оксида кремния, например, пары воды синтезируют при сверхвысокой температуре из особо чистых водорода и кислорода), а также прецизионные процессы электронно-лучевой литографии и плазмохимического травления (Optics Express, Q1).
Разработанные командой МГТУ и ВНИИА техпроцессы позволяют серийно изготавливать чипы ФИС с субмикронными волноводами, шероховатость поверхности и краев которых не превышает 1 нм, а интегральные потери в лучших структурах 1 дБ/м опережают показатели ведущих мировых фабов.
© scientificrussia.ru
«Разработки нитрид кремниевой платформы для задач интегральной фотоники в нашем центре стартовали в 2018 году. Выбор в пользу именно этого материала неслучаен: он обеспечивает малые потери и работу в широком диапазоне длин волн, что делает его чуть ли не единственным претендентом для создания фотонных и нейроморфных сопроцессоров следующего поколения, — отметил Александр Бабурин, руководитель направления интегральной фотоники НОЦ ФМН. — Для достижения лучших на сегодня параметров ФИС за шесть лет мы разработали проприетарный технологический процесс, включающий более сотни отдельных сложнейших операций».
Уникальные бауманские технологии станут фундаментом для реализации программы развития интегральной фотоники в России — стратегической задачи, в решение которой вовлечены ведущие технологические и научные команды страны, во главе с Минпромторгом, Фондом перспективных исследований, РНФ, Московским кластером фотоники и др.
«Наша исследовательская команда уже более 10 лет решает сложнейшие научные и технологические задачи в области интегральной фотоники и квантовой плазмоники — на мировом уровне, а в ряде случаев и лучше ведущих фотонных фабов», — говорит Михаил Гордин, ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана. — При этом главной целью мы ставим реализацию уникальных технологий в серии и их внедрение в реальном секторе экономики нашей страны — будь то картриджи для новейших секвенаторов ДНК, нейроморфные чипы для ИИ, оптические квантовые процессоры или лидары следующего поколения для беспилотников.Эти deep-технологии определят будущее, именно поэтому совместно с Московским кластером фотоники мы формируем программу развития и трансфера наших фотонных технологий на рынок".
«Московский кластер фотоники объединяет 58 организаций из разных регионов страны. Целью организации является описание стратегического видения развития интегральной фотоники в продуктовой логике. Одна из ключевых задач — формирование квалифицированного заказа на продукты, востребованные рынком. Базовой организацией кластера является Московский центр фотоники как опытно-производственный комплекс претворения идей в жизнь», — подчеркнула Анастасия Ольхова, советник Генерального директора АО «ОЭЗ „Технополис Москва“», куратор Московского кластера фотоники.
Бауманский университет и ФГУП ВНИИА планируют расширение комплекса исследований и разработок в области интегральной фотоники в стенах нового кластера Квантум Парк, спроектированного совместно с ведущими компаниями мира и построенного в новом Бауманском кампусе. Реализация нанотехнологического комплекса уже стартовала, ближайшая стратегическая задача — оснащение центра передовым оборудованием. На фото: фотонные интегральные схемы для оптических квантовых и нейроморфных вычислений, изготовленные в НОЦ ФМН.
Авторы фото: Илья Степанов, Алексей Крамаренко, НОЦ ФМН
Информация и фото предоставлены НОЦ Функциональные Микро/Наносистемы МГТУ им. Н.Э. Баумана
Разместила Наталья Сафронова
