硅光子技术利用光而非电在半导体芯片上传输和处理数据,已使光学系统从笨重走向紧凑。然而传统硅光子芯片刚性且不透明。MIT 与 NY Creates 合作,提出一种基于标准半导体工艺的晶圆级制造流程,能够在 300 mm 大晶圆上批量生产既柔性又透明的硅光子芯片。
制造流程先在刚性硅基底上沉积并刻蚀微米级波导,然后在其上粘合一块临时硅晶圆。随后将晶圆翻转,去除原始硅基底,只留下厚度不足人类发丝十分之一的氧化层和波导层。接着在这些超薄层上粘贴一层透明聚酯薄膜,并将临时硅片脱离,得到厚度仅数微米的柔性透明晶圆。整个过程使用低于 500 ℃ 的低温工艺,并通过精确的化学选择性蚀刻控制应力,防止晶圆弯曲或破裂。
研究团队对芯片进行了三类实验:测量不同长度波导的光传输性能;在直径从螺丝到牙签的圆柱上反复弯曲数千次,未观察到性能衰减;以及在仿生眼前放置芯片评估透明度,结果显示仅产生极小的雾度,不会明显扭曲视像。
这些特性使芯片适用于贴合人体的隐蔽健康监测、曲面增强现实显示以及飞行员头盔视窗等场景。未来工作将加入更复杂的光学元件,提升波导效率并进一步降低光学损耗。该项目得到 NSF、DARPA 以及 MathWorks 奖学金资助,晶圆加工在 NY Creates 完成,芯片切割在 MIT.nano 进行。
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