Nanoestruturas de vidro para guiar a luz dentro dos chips

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/06/2023

Os componentes de qualidade óptica são construídos com vidro de quartzo.
[Imagem: Bauer et al. - 10.1126/science.abq3037]

Óptica dentro dos chips

A miniaturização das tecnologias fotônicas é um dos principais entraves para a substituição da eletricidade pela luz dentro dos chips, devido sobretudo à dificuldade de construir lentes, espelhos e guias de onda nas dimensões ultraminiaturizadas necessárias para isso.

Agora, um novo processo desenvolvido por Jens Bauer e colegas do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha, permitiu pela primeira vez a "impressão" de estruturas de vidro de quartzo em escala nanométrica diretamente nos chips semicondutores.

Como o processo funciona sem sinterização, as temperaturas necessárias são significativamente mais baixas. As temperaturas necessárias para a sinterização de nanopartículas de dióxido de silício ficam acima dos 1100 °C, o que é muito quente para deposição direta em chips semicondutores.

Na sinterização, um pó é transformado em sólido por meio de compactação e aquecimento, mas no novo processo uma resina híbrida de polímero orgânico-inorgânico é usada como matéria-prima para a impressão 3D do vidro (dióxido de silício). A temperatura necessária é apenas metade da usada no processo tradicional, uma vez que é necessária apenas para volatilizar o componente orgânico da resina depois que o componente já está pronto.

Isto permite construir os componentes ópticos em escalas micro e nano dentro dos chips, viabilizando muitas novas aplicações em óptica, fotônica e mesmo nas tecnologias tradicionais de semicondutores.

A técnica é compatível com os processos industriais da microeletrônica.
[Imagem: Bauer et al. - 10.1126/science.abq3037]

Vidro de quartzo

Além de uma excelente qualidade óptica, o vidro de quartzo produzido possui ótimas propriedades mecânicas, pode ser facilmente processado e suporta condições químicas e térmicas adversas, não sendo danificado por etapas posteriores de fabricação.

"A temperatura mais baixa permite a impressão de estruturas de formas livres de vidro robustas, de grau óptico, com a resolução necessária para nanofotônica de luz visível, diretamente nos chips semicondutores," disse Bauer.

A equipe construiu várias nanoestruturas para demonstração da tecnologia, incluindo cristais fotônicos de feixes independentes de 97 nm de largura, microlentes parabólicas e até uma micro-objetiva de múltiplas lentes.

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