使用光子晶体的硅光集成电路

研究课题

带有光子晶体的硅光集成电路。

光子晶体表示被定义的单词或短语光波长的人工晶体就像半导体晶体对电子有带隙一样，光子晶体如果使用微细加工技术制造，也能对光有带隙。光的带隙可以用来光可以被强烈地限制在芯片内，或者光的速度可以被减慢...它的尺寸也非常小。光学集成电路它是 "中国 "的主要候选者之一。

光子晶体是硅该技术通常由硅（Si）制成，与目前的集成电路顶层很匹配，有望实现基于光和电子的混合集成电路。这个领域也被称为硅光子学，是一个将光和电的力量整合在一个芯片上的领域，同时又将光和电的力量分开。高性能、低功率的信号处理电路可望实现。

硅光子晶体中的高性能微光谐振器、全光开关、电光调制器、光电探测器和光波分频器等光电路中的下一个关键元件的开发工作已经陆续展开。

将光的行为可视化需要电磁场分析技术，该技术使用一种被称为FDTD的技术来解决麦克斯韦方程。这需要使用大规模并行计算机进行计算。还需要有编程技能。一旦方案代码完成，分析就不仅仅是改变模型的问题了，而且每次主题改变时都需要创造性和独创性。

装备精良光子晶体微光共振器以及在什么样的组合中可以实现即使有制造误差也能工作的光学电路。由于光子晶体设计的自由度很高，有许多不同的组合，只有经验和对光波工程的深入思考才能发现应该选择哪种组合。

硅是一种优秀的材料，但众所周知，与III-V族半导体相比，其性能在许多方面都要差一些。有广泛的问题需要考虑，包括性能、成本和技术挑战，例如是否在硅中实现一切，在适当的地方以不同材料的混合集成为目标，或者采取完全不同的方法。

这项研究是与国家信息和通信技术研究所（NICT）和国家先进工业科技研究所（AIST）等国家研究机构合作进行的，这些机构拥有先进的纳米加工工艺技术。自2019年以来，学生们在驻扎在NICT时一直在工作。他们实际操作设备，并亲自制作设备。我们还与其他大学的研究人员一起使用海外硅光子学代工厂。过去，我们还与田边教授的老家NTT固态物理基础研究室进行了合作。

元件也可以在新川崎的四所大学联合体的洁净室中制造。因此，研究是通过各种渠道进行的，要么是自己制造元件，要么是与外部研究机构合作。

此外，据说硅基光集成电路技术与量子计算机兼容，因此它有可能被用作经典和量子研究的共同平台。

关键字》

硅光子学/并行计算/FDTD/光子晶体/ 光学集成电路 / 量子计算 / 低功率光信号处理

田边实验室积极促进合作研究。