الرنان البلوري الضوئي باستخدام عملية CMOS

بدأت الجهود لتقليل استهلاك الطاقة من خلال معالجة المعلومات التي تمت معالجتها تقليديًا باستخدام الكهرباء كإشارة، كما هو الحال مع الضوء. على وجه الخصوص، هناك بحث نشط في ضوئيات السيليكون، والذي يهدف إلى تقليل استهلاك الطاقة للأنظمة عن طريق استبدال الأسلاك داخل الرقائق بالضوء. تركز أبحاث ضوئيات السيليكون الحالية على تطوير التقنيات المتعلقة بنقل الضوء داخل الرقائق، ولكن في المستقبل من الممكن أن يكون الضوء أيضًا مسؤولاً عن معالجة الإشارات من أجل تحقيق توفير الطاقة النهائي. ولتحقيق ذلك، من الضروري وجود عنصر يسمى الرنان البلوري الضوئي، والذي يمكنه حصر الضوء بقوة.

وبناء على ذلك، كان الهدف من هذا البحث هو دمج البلورات الضوئية كعنصر جديد في ضوئيات السيليكون. وهذا التكامل لم يتحقق حتى الآن لوجود صعوبتين. الفرق الأول هو طريقة التصنيع. بهدف التكامل والتكامل المستقبلي مع أجهزة CMOS، يتم تصنيع أجهزة الضوئيات السيليكونية بشكل متزايد باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية في عملية CMOS. في المقابل، يتم تصنيع البلورات الضوئية بواسطة الطباعة الحجرية ذات شعاع الإلكترون. والفرق الثاني هو الهيكل. عناصر الضوئيات السيليكونية هي SiO₂وعادة ما يتم تصنيعها على ثاني أكسيد السيليكون (ثاني أكسيد السيليكون)، ولكن البلورات الضوئية التقليدية تتطلب بنية مترابطة. ولذلك، كان من الصعب دمج العناصر التقليدية على نفس شريحة السيليكون.

كان يُعتقد أن البلورات الضوئية لا يمكن تصنيعها بدقة الطباعة الحجرية الضوئية، وهي عملية CMOS السائدة، لكننا تغلبنا على هذه المشكلة من خلال اعتماد تصميم يسمى نوع العرض المتغير الموضح في الشكل 1 (أ). في الواقع، في الرنان المسمى L3، يتم ربط الثقوب المتجاورة ببعضها البعض، مما يجعل من المستحيل تصنيع العنصر بدقة.