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Photonic Crystal


En un esfuerzo para construir chips más rápidos cada día, muchos investigadores están trabajando en la posibilidad de construir ordenadores ópticos. En estos ordenadores, la información está codificada en forma de fotones en lugar de electrones, permitiendo que grandes cantidades de datos se procesen simultáneamente.

Pero antes de que podamos pensar en un ordenador óptico, hace falta diseñar una estructura que pueda manipular la luz a nuestro antojo. Actualmente, los ordenadores funcionan a partir de semiconductores que permiten que la electricidad los atraviese o no. De esa forma somos capaces de diseñar puertas lógicas (AND, OR, XOR, etc.) Por analogía, los computadores ópticos deberían emplear semiconductores ópticos que permitan que una amplica gama de longitudes de onda los atraviese o no a voluntad.

La fabricación de estructuras 3D que permitan controlar la luz, no es una tarea sencilla, ya que la tecnología actual implica la construcción de estas estructuras capa por capa sobre el propio chip. Esta técnica resultaría muy lenta y costosa para la fabricación de chips ópticos 3D.

Sin embargo, un equipo de investigadores de los Países Bajos, dirigido por el profesor Willem Vos del MESA+ Institute en la Universidad de Twente (Eindhoven), la empresa ASML y el Instituto TNO, han desarrollado la primera estructura 3D capaz de controlar la emisión de luz. Este elemento está formado por cristales fotónoicos que poseen una estructura artificial de diamante que está grabado en una oblea de silicio usando métodos compatibles con CMOS (uso de transistores pMOS y nMOS para la construcción de transistores).

“Para poder conseguir una banda fotónica prohibida, es fundamental contar con estructuras 3D a nuestro antojo. Nuestro trabajo es la demostración, por primera vez, del control radical de la emisión espontánea de luz por medio de una banda prohibida fotónica”, afirman Willem Tjerkstra y Léon Woldering, de la Universidad de Twente.

Los investigadores describieron cómo fabricar estas estructuras 3D en dos recientes estudios. A partir de obleas de silicio cristalino, los investigadores grabaron, en primer lugar, un conjunto de poros en un patrón rectangular en la parte superior de las obleas. Para ello, utilizaron técnicas avanzadas de litografía UV, en el que una cámara gigante emplea luz ultraviolea para proyectar la estructura de poros sobre la superficio de silicio. Esta luz crea una máscara con millones de diminutos poros. A continuación, emplearon un proceso de grabado de plasma que se utiliza comúnmente en la fabricación de chips para crear una serie de nanoporos sobre la oblea de silicio.

Tras esto, el grupo de científicos grabaron un conjunto de poros en la misma forma rectangular en la parte delgada de la oblea, por lo que este conjunto de poro atraviesa al conjunto inicial en un ángulo de 90º. El patrón de la máscara debe estar alineado con la mayor precisión posible, con el fin de que los poros queden perpendicularmente alineados con el primer conjunto.

Tal y como explicaron los investigadores, este proceso de fabricación resulta en dos avances significativos: se compone únicamente de dos pasos de grabado y no requiere un equipo especializado. Estos resultados se han publicado en Journal of Vacuum Science and Technology y en Advanced Functional Materials.

Vía | R.W. Tjerkstra, L.A. Woldering, J.M. van den Broek, F. Roozeboom, I.D. Setija, and W.L. Vos. “A method to pattern etch masks in two inclined planes for three-dimensional nano- and microfabrication.” Journal of Vacuum Science and Technology B. (soon online)

Vía | J. M. van den Broek, L. A. Woldering, R. W. Tjerkstra, F. B. Segerink, I. D. Setija, and W. L. Vos. “Inverse-Woodpile Photonic Band Gap Crystals with a Cubic Diamond-like Structure Made from Single-Crystalline Silicon.” Adv. Funct. Mater. 2011. DOI:10.1002/adfm.201101101

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