Pionieren met hybride chips om de meest geavanceerde vierkante centimeter nóg efficiënter te maken

De TU/e als ideale plek om elektronica en fotonica samen te brengen en de digitalisering van ons moderne leven in een stroomversnelling te brengen.

Ook al krijgen onze smartphones met elk nieuw model meer snelheid en geheugen, toch hoeven we de batterij niet vaker op te laden. Het energieverbruik van die compacte computers in onze broekzak blijft dus beperkt, ondanks de toenemende rekenkracht van elektronische chips. Toch komt de grens in zicht, zeker met de gigantische hoeveelheden data die we meer en meer versturen. Fotonica – signalen via lichtdeeltjes – kan de oplossing zijn, maar hoe combineer je dat op de huidige elektronische chips? Aan de TU/e wordt gepionierd met ‘hybride chips’ omdat we zowel het ecosysteem als onze eigen expertises mee hebben.

Fotonische chips, die werken op licht in plaats van elektriciteit, bestaan al in verschillende hoedanigheden. Een daarvan is gebaseerd op silicium, dat ook de basis vormt voor de huidige halfgeleiderindustrie, waardoor deze fotonische chips in theorie met de bestaande mogelijkheden al vrij snel massaal kunnen worden geproduceerd.

“Silicium is een soort gebakken zand”, versimpelt hoogleraar Peter Baltus. “Handig, want de stranden liggen er vol mee. En het is een makkelijk beïnvloedbaar materiaal met bijzondere eigenschappen. Er kan een beetje stroom doorheen, oftewel ‘geleiden’, maar het kan die stroom ook tegenhouden, dus het werkt tegelijk als een isolator. Half dit en half dat eigenlijk. Vandaar ook de term halfgeleiders.”

Nieuwe technologie in de chipproductie
Essentieel aspect van fotonische chips is echter dat er geen stroom (elektriciteit) doorheen gaat, maar licht. “Dan ben je dus minder afhankelijk van halfgeleiders, maar vooral van glasvezels. Die kennen we allemaal wel van onze internetverbindingen, maar in de chipproductie is het nog een opkomende technologie. En we kunnen nog niet alle elektronische onderdelen op de huidige chips vervangen om licht daarop door te laten”, schetst Baltus het probleem.

Silicium laat echter nog wel wat te wensen over als het gaat om fotonische chips. Je kunt er bijvoorbeeld geen lasers of lichtbronnen in maken. Indiumfosfide daarentegen, is een materiaal dat zeer geschikt is voor fotonische chips met lasers. Het is echter nog incompatibel met andere essentiële onderdelen van de chipsproductie. “De mogelijkheden voor verbinding tussen elektronica en fotonica zijn nog te beperkt”, vat Baltus simpelweg samen. “Het ideaal is om uiteindelijk alles op één chip te maken waar elektronische en fotonische componenten op zitten. Maar voor nu moeten we vooral kijken wat de opties zijn om verschillende technologieën te combineren en uitzoeken waar we ons geld op zetten.”