포토닉 결정에 의한 실리콘 광 집적 회로

연구 테마

광결정에 의한 실리콘 광 집적 회로

포토닉 크리스탈란 무엇입니까?광파장에 대한 인공적인 결정반도체 결정이 전자에 대해 밴드 갭을 가지는 것처럼 미세 가공 기술을 구사하여 포토닉 결정이라고 불리는 것을 만들면 빛에 대해 밴드 갭을 가질 수 있습니다. 빛에 대한 밴드 갭을 이용하여,빛을 칩에 강하게 가두거나 빛의 속도를 느리게 할 수 있습니다. 또한 크기도 매우 작기 때문에광 집적 회로의 하나의 유력한 후보가 되고 있습니다.

포토닉 크리스탈은실리콘에서 만들어지는 것이 많기 때문에, 현재의 IC 톱과의 궁합도 발군으로, 빛과 전자에 의한 하이브리드인 집적 회로의 실현도 기대되고 있습니다. 실리콘 포토닉스라고도 불리는 이 분야는 빛의 특이한 곳과 전기의 특이한 곳을 구분하면서도 하나의 칩 상에 집적하는 것으로,고기능 저소비 전력 신호 처리 회로이를 실현할 수 있다고 기대할 수 있습니다.

지금까지 실리콘 포토닉 결정의 고성능 미소광 공진기 개발, 전광 스위치, 전기광 변조기, 광검출기, 광분파기 등 광회로에 차지하는 요소 소자의 개발을 잇달아 라고 진행해 왔습니다.

빛의 거동을 시각화하기 위해서는 FDTD라고 불리는 방법을 이용하여 맥스웰 방정식을 풀는 전자기장 해석 기술이 필요합니다. 이를 위해대규모 병렬 계산기를 사용하여 계산를 해야 하기 때문에 프로그래밍 스킬도 필요합니다. 해석도 한 번 프로그램 코드가 완성되면, 나머지는 모델을 바꾸면 좋을 뿐만 아니라, 대상이 바뀌면 그 때마다 창의 궁리가 필요하게 됩니다.

고성능광결정 미세광 공진기어떻게 제작하고 제작 오차가 있어도 동작하는 광회로를 어떤 조합으로 실현할까. 광결정의 설계는 자유도가 높기 때문에 다양한 조합이 있으며, 그 중 어느 것을 선택해야하는지는 경험과 광파 공학의 깊은 고찰에 의해서만 분명해진다.

실리콘은 뛰어난 재료이지만, III-V족 반도체와 비교하면 그 성능은 뒤떨어지는 면도 많은 것으로 알려져 있습니다. 모든 것을 실리콘으로 실현시키는지, 적재 적소에서 다른 재료와 하이브리드 집적을 목표로 하는지, 아니면 완전히 다른 어프로치를 취하는지, 성능, 비용, 기술적 과제 등, 생각하는 것은 다양합니다.

본 연구는 정보통신기구(NICT)나 산업종합연구소(AIST) 등 고도의 나노가공 프로세스 기술을 가진 국가의 연구소와 협력하면서 연구를 진행하고 있습니다. 2019년부터는 학생이 NICT에 상주하면서 연구를 진행하고 있습니다. 실제로 스스로 장치를 오퍼레이션하여 소자를 제작하고 있습니다. 또한 해외의 실리콘 포토닉스 파운더리를 다른 대학의 연구자와 이용하고 있습니다. 또한, 과거에는 타나베 교수의 고소인 NTT 물성 과학 기초 연구소와의 공동 연구도 진행하고 있었습니다.

소자 제작에 관해서는 신카와사키에 있는 4대학 컨소시엄의 클린 룸을 이용해도 제작할 수 있습니다. 이와 같이 다양한 채널을 통해 스스로 제작하거나 외부 연구기관과 협력하면서 연구를 진행하고 있습니다.

또한 실리콘에 의한 광 집적 회로 기술은 양자 컴퓨터와의 궁합도 좋다고 되어 있으므로, 고전·양자의 구별 없이 공통 플랫폼으로서 연구를 크게 전개할 가능성이 있다.

《Keyword》

실리콘 포토닉스 / 병렬 계산 / FDTD / 광결정 / 광 집적 회로 / 양자 컴퓨터 / 저전력 광 신호 처리

타나베 연구실에서는 공동 연구를 적극적으로 진행하고 있습니다.