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La tecnologia plasmonica apre la strada alla produzione in massa di chip ad alte prestazioni

Un gruppo di ricercatori finanziato dall’UE ha creato una piattaforma rivoluzionaria allo scopo di soddisfare le esigenze dell’industria per quanto riguarda i circuiti complessi di piccole dimensioni ad alte prestazioni e basso consumo energetico.

Economia digitale

La tecnologia fotonica svolge un ruolo di primaria importanza nelle economie europee e globali, stimolando l’innovazione in settori quali quelli relativi a TIC, medicina, energia, forze armate, produzione, agricoltura e spazio. Parallelamente alla sua diffusione, diventa sempre più importante trovare modi per produrre dispositivi fotonici in massa a basso costo. Ciò comporta la fusione di questa tecnologia con processi di produzione standardizzati che siano compatibili con tecnologie di elettronica avanzata per i circuiti integrati; in altre parole, la combinazione di funzionalità fotoniche ed elettroniche in un unico chip. Il problema risiede nell’incompatibilità delle dimensioni: mentre i chip elettronici si misurano in nanometri, nel caso dei chip fotonici l’ordine di grandezza impiegato è quello dei micrometri o dei millimetri. Il progetto PLASMOfab, finanziato dall’UE, ha raccolto e successivamente superato questa sfida grazie all’aiuto della tecnologia plasmonica. Dieci tra partner industriali e istituti accademici e di ricerca hanno combinato il proprio know-how e la loro esperienza in materia di circuiti fotonici integrati e optoelettronica per creare un chip plasmo-fotonico. Conclusosi ora con successo, il progetto ha reso possibile la produzione in massa di questi componenti ad alte prestazioni. Il gruppo responsabile di PLASMOfab ha realizzato grandi progressi nella tecnologia utilizzata per le comunicazioni ottiche di dati e il biorilevamento per applicazioni point-of-care (o decentrate). Ha quindi sviluppato un tipo di plasmonica compatibile con la tecnologia dei semiconduttori a ossido metallico complementari (CMOS) già utilizzata nell’elettronica e l’ha impiegata per combinare circuiti fotonici integrati avanzati con circuiti elettronici integrati attraverso la produzione di massa. Per fondere metalli compatibili con i CMOS, come l’alluminio, il metallo, il nitruro di titanio e il rame, con strutture fotoniche e componenti elettronici sono stati impiegati processi CMOS standardizzati. Principali risultati Un importante risultato ottenuto dal progetto è stato lo sviluppo di un innovativo trasmettitore plasmonico ultra-compatto. L’ingombro di questo dispositivo è pari a 90 x 5,5 µm² e la capacità di trasmissione è di 0,8 TBit/s (800 Gbit/s), raggiunta attraverso quattro singoli trasmettitori da 0,2 TBit/s. Il gruppo del progetto ha inoltre dimostrato il modo in cui è possibile ottenere un basso tasso di perdite di propagazione mediante guide d’onda plasmoniche in alluminio compatibili con i CMOS, co-integrate con la fotonica del nitruro di silicio. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista («Scientific Reports»). «L’obiettivo principale di PLASMOfab era affrontare la crescente necessità di circuiti fotonici integrati altamente complessi di piccole dimensioni, prodotti in massa, ad alte prestazioni e basso consumo energetico», afferma l’assistente universitario Nikos Pleros dell’ente coordinatore del progetto, l’Università di Salonicco in Grecia, in un comunicato stampa pubblicato sul sito web di «Synopsys». «Abbiamo conseguito tale scopo sviluppando una piattaforma di fabbricazione rivoluzionaria, ma compatibile con i CMOS, per una perfetta co-integrazione della plasmonica attiva con componenti fotonici ed elettronici». I partner prevedono che, sviluppando ulteriormente questa tecnologia, saranno in grado di dimostrare i notevoli vantaggi offerti dall’applicazione della plasmonica compatibile con i CMOS ai circuiti fotonici integrati. «Quando il meglio dei tre mondi della plasmonica, della fotonica e dell’elettronica convergerà in un’unica piattaforma di integrazione, nasceranno circuiti fotonici integrati caratterizzati da prestazioni e funzionalità senza precedenti destinati a un diversificato insieme di applicazioni ed esigenze industriali, che saranno al contempo in grado di soddisfare i requisiti della produzione di massa», spiega il ricercatore principale del progetto, il dott. Dimitris Tsiokos dell’Università Aristotele. PLASMOfab (A generic CMOS-compatible platform for co-integrated plasmonics/photonics/electronics PICs towards volume manufacturing of low energy, small size and high performance photonic devices) si è concluso nel dicembre del 2018. La ricerca così sviluppata ha portato alla nascita di due nuove imprese che si prefiggono di commercializzare le nuove tecnologie concepite. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto PLASMOfab

Paesi

Grecia

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