На мировом рынке кремниевой фотоники произошло ключевое событие, способное ускорить внедрение оптических технологий в повседневные устройства. Компании Veeco, мировой лидер в области оборудования для производства полупроводников, и бельгийский исследовательский центр imec представили первую в отрасли технологию, совместимую с крупносерийным производством, для интеграции титаната бария (BaTiO3 или BTO) на кремниевые пластины диаметром 300 мм.
Уникальный материал, нашедший путь в производство
Титанат бария долгое время рассматривался как перспективный материал для фотоники благодаря своим выдающимся электрооптическим свойствам. Он позволяет создавать высокоскоростные и энергоэффективные модуляторы света — ключевые компоненты для манипуляции оптическими сигналами в чипах. Теоретически, применение BTO открывает дорогу для нового поколения устройств: сверхбыстрых оптических трансиверов для дата-центров, компактных и точных лидаров для автономного транспорта, а также оборудования для квантовых вычислений и систем дополненной реальности.
Однако до сих пор главным препятствием была невозможность его массового производства. Существующие методы интеграции BTO были либо слишком дорогими, либо не обеспечивали необходимого уровня воспроизводимости и качества для коммерческого использования.
Решение: гибридная кластерная система на основе MBE
Представленное решение — это специализированная 300-миллиметровая кластерная система, основанная на принципах молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE). Её ключевая инновация — возможность работы как в режиме стандартной твердотельной MBE, так и в гибридном режиме. Эта гибкость позволяет осаждать монокристаллические плёнки титаната бария непосредственно на кремнии с беспрецедентной для данной технологии однородностью и контролем параметров.
Именно этот подход, по заявлениям разработчиков, решает проблему стоимости и масштабируемости. Новая платформа обеспечивает более высокую воспроизводимость процессов и снижает стоимость производства по сравнению с классическими методами MBE, что впервые делает коммерческое применение BTO экономически обоснованным.
Потенциал для рынка: преодоление узких мест кремниевой фотоники
Актуальность этого прорыва трудно переоценить на фоне растущего рынка. Ожидается, что объём рынка оптических приёмопередатчиков для передачи данных вырастет с 2,9 млрд долларов в 2024 году до 13,1 млрд долларов к 2030 году. Однако развитие упирается в ограничения современных кремниевых модуляторов, которые страдают от высокого энергопотребления, относительно низкой скорости работы и больших занимаемых площадей на кристалле.
Интеграция BTO в кремниевую платформу напрямую решает эти проблемы. Модуляторы на основе титаната бария обещают стать значительно более быстрыми и энергоэффективными, что критически важно для снижения общего потребления энергии в дата-центрах и для создания компактных носимых устройств.
Стратегическое сотрудничество для создания новой цепочки поставок
До сих пор на рынке не существовало коммерчески доступного решения для производства таких материалов в промышленных масштабах. Сотрудничество Veeco и imec носит стратегический характер: Veeco привносит экспертизу в создании высокоточного производственного оборудования, а imec — свои передовые исследования в области интеграции новых материалов и пилотные производственные линии.
В фокусе их совместной работы не только BaTiO3, но и родственные материалы, такие как титанат стронция (SrTiO3). Их цель — создать полноценную, масштабируемую технологическую цепочку, которая позволит перевести интеграцию перспективных электрооптических материалов из лабораторий на массовые фабрики.
Этот анонс знаменует переход от фундаментальных исследований к индустриальной стадии, открывая путь для следующего поколения оптических чипов, которые будут лежать в основе будущих высокоскоростных коммуникаций и вычислительных систем.