L’intégration de l’électronique et de la photonique sur une puce unique représente un enjeu majeur pour l’industrie des semi-conducteurs. Une nouvelle méthode de gravure pourrait permettre le développement d’applications inédites, notamment dans le domaine des ordinateurs quantiques et des circuits photoniques intégrés. Examinons de plus près cette innovation et ses implications potentielles.
La miniaturisation et l’accélération des puces informatiques sont des tendances constantes de l’industrie. Toutefois, l’unification des composants électroniques et photoniques sur une même puce reste un défi de taille. Les matériaux nécessaires à la fabrication de micro-LEDs et de guides d’ondes, tels que les câbles à fibre optique miniaturisés, présentent des différences trop marquées pour permettre une intégration harmonieuse.
Le projet OptoGaN : vers une nouvelle ère de semi-conducteurs
Le projet OptoGaN, mené conjointement par l’Université technique de Braunschweig et l’Université Friedrich Schiller de Iéna, se penche sur le nitrure de gallium poreux, un matériau prometteur pour relever ce défi. Les groupes de recherche impliqués envisagent une multitude d’applications potentielles pour cette technologie.
Les partenaires du projet souhaitent concrétiser trois de ces applications en collaboration avec des start-ups, chacune développant un démonstrateur. Ces innovations bénéficieraient à des technologies variées, comme les guides d’ondes, les ordinateurs neuromorphiques et l’ordinateur quantique à piège d’ions du Quantum Valley de Basse-Saxe.
Le Centre de Technologie du Nitrure (NTC) récemment établi à l’Université technique de Braunschweig jouera un rôle clé dans le développement et l’application de la technologie du nitrure à un niveau d’excellence.
Applications potentielles et avantages du nitrure de gallium poreux
Les ordinateurs quantiques actuels nécessitent de vastes systèmes laser pour manipuler leurs ions. Pour que ces systèmes puissent gérer un nombre croissant de qubits, ils doivent être considérablement réduits, idéalement à la taille d’une puce. Le dioxyde de silicium, matériau standard pour les guides d’ondes sur les puces, absorbe malheureusement les longueurs d’onde critiques pour ces applications. Le nitrure de gallium poreux pourrait constituer une alternative viable, acheminant la lumière vers chaque ion avec une perte minimale.
Le semi-conducteur poreux repose sur un processus de gravure sélective innovant. Les chercheurs créent des canaux allongés remplis d’air – des pores – dans les structures de nitrure de gallium, ouvrant la possibilité de guides d’ondes tridimensionnels pour une manipulation optique complexe de la lumière.
La compatibilité du nitrure de gallium et du processus avec les méthodes de production de LED existantes laisse entrevoir la possibilité de circuits intégrés électroniques et photoniques. Pour réaliser ces canaux semi-conducteurs innovants destinés à la guidage de la lumière, les équipes de Braunschweig et de Iéna unissent leurs compétences complémentaires et leurs équipements spécialisés.
Le processus de gravure utilisé comporte une composante électronique et chimique. Les chercheurs de Braunschweig produisent d’abord la couche de base matérielle, couche par couche. Le semi-conducteur est ensuite envoyé à Iéna pour l’implantation d’ions, où les chercheurs modifient ses propriétés électroniques de manière ciblée.
Enfin, le semi-conducteur retourne à Braunschweig pour subir le processus de gravure chimique qui forme la structure poreuse finale.
