この研究は中国科学院物理研究所の科学者が主導し、香港大学や他の中国の複数の機関の研究者と協力しています。チームは博士課程の学生である王毅が率いており、新しく開発された製造方法が生産のボトルネックを減少させながら、複雑な三次元光学構造を生産するための多機能プラットフォームを提供することを示しています。研究者たちは、この方法が高度にカスタマイズされたフォトニックデザインと大規模生産のギャップを埋めるのに役立ち、次世代の三次元集積フォトニクスの発展を支える可能性があると指摘しています。これは、高度な計算、通信、センサーアプリケーションに適用されます。
研究者たちは、従来の集束イオンビーム（FIB）技術に依存した製造方法を排除しました。これらの方法は通常、一度に一つの光学構造しか作成できません。代わりに、彼らは平行製造方法を導入し、二次元パターンを一度のプロセスで全体の四インチウェーハ上の複雑な三次元構造に変換することができるようにしました。チームは、この方法が生産効率を大幅に向上させることができると述べています。なぜなら、同時に複数の構造を製造することを可能にし、高度な三次元光学チップの開発における重要な制約を解決するからです。《南華早報》の報道によると、集束イオンビーム（FIB）は従来、精密な表面処理と材料分析に使用されていましたが、研究者たちは彼らの新しいプラットフォームがこの方法のいくつかの制限を克服できると述べています。
新製造方法が光学構造の生産効率を大幅に向上させる
研究の著者によれば、この技術は97%以上の角度均一性を実現し、FIBに基づく製造方法と比較して製造時間を2桁以上短縮しました。各国やテクノロジー企業がフォトニック技術分野での競争を激化させる中、この発展は将来の人工知能計算システムがより迅速かつ効率的なデータ処理ソリューションを求める重要性が高まるタイミングで現れました。
光学計算と高速データ伝送の競争を進める中で、世界の産業と研究機関は多額の資金を投入しています。Intel（Intel）、台積電（TSMC）、Ayar Labs、Lightmatterなどの企業は、計算性能と効率を向上させるためにシリコンフォトニクスと光学インターコネクト技術の開発に取り組んでいます。同時に、ベルギーのImecや日本のNTTなどの研究機関も次世代のフォトニック集積プラットフォームの研究を進めています。中国もこの分野への関心を高めており、中国科学院やHuaweiなどの機関が高度なフォトニックチップ技術の拡大に取り組んでいます。
人工知能モデルがますます大きく複雑になるにつれて、より迅速で効率的な計算ハードウェアの需要も増加しています。光学インターコネクトは、従来の電気リンクよりも高い帯域幅と低いエネルギー消費を提供します。光学構造を三次元に移行することで、研究者たちはより密なチップ設計を作成し、信号干渉を減少させ、二次元構造では達成が難しい機能を実現できるようになります。したがって、研究者たちは製造が主要な課題であると特定し、この課題を克服するための平行プロセスを開発しました。
この方法では、集束イオンビームを一つ一つ構造を形成するのではなく、広範なイオンビームを利用して同時に数千の二次元ナノ構造を三次元設計に変換します。イオンビームエッチングと自己折りたたみの「折り紙」方法を組み合わせることで、この技術はウェーハ規模の生産を実現しながら、ナノレベルの精度を維持します。