网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

一块芯片掰了3000次还能用,MIT造出透明的光子芯片

0
分享至



美国麻省理工学院(MIT)团队和合作者打造了一块芯片,掰了 3,000 次都没有坏,依然还能正常工作。当掰到牙签粗细的直径之时,它的性能才开始出现衰减。这是一款在 300 毫米标准晶圆上造出来的硅光子芯片,相关论文由 MIT 和 NY CREATES 的研究团队发布在 Optica 上,他们使用标准的半导体制造工艺,造出了这款能弯、能透光、还能传数据的光子芯片。

让把这块芯片贴在皮肤上的时候,它能够监测你的心率;当把它嵌在一名飞行员头盔的护目镜里,它能够投射导航信息;当把它制成 AR 眼镜的镜片,所显示的内容会和真实世界叠在一起,并且不会挡住视线。由于它是透明的,其透明程度让人眼基本感觉不到它的存在。同时因为它是柔性的,故能够贴合任何曲面。

硅光子芯片一直存在这样一个矛盾,它使用光来传输数据和处理数据,速度非常快,功耗也很低,但是制造它的材料是硅。硅是不透光的,同时硅片是硬的,这意味着使用硅光子技术造出来的芯片,仅可以待在硬邦邦的电路板上,无法用在需要弯曲或者需要透光的地方。

而可穿戴设备以及 AR 显示恰恰需要又软又透光的东西,MIT 团队的方案是先按传统工艺在硅片上造好光波导。光波导好比是光子芯片里的“电线”,只不过传输的是光而非电。他们造了两层氮化硅波导,夹在了二氧化硅中间,就像三明治一样,整个结构是在晶圆上完成的,精度非常高,使用的都是半导体工厂里标准的 193 纳米浸没式光刻和刻蚀设施。

接着,他们贴了一个临时硅片当把手,借此把整个晶圆翻过来,使用粗磨和细磨的方式把原来的硅基板磨掉,最终使用化学刻蚀把最后 60 微米清干净。这时剩下的只有几微米厚的二氧化硅层和氮化硅波导层,甚至比一根头发丝还细。然后,他们把这一层薄膜贴到一张透明的聚酯膜上,再揭掉临时的把手,于是一块透明的、能弯折的光子芯片就出来了。


(来源:Optica)

整个过程中最难搞的是应力管理,硅片在加工的时候会因为热应力轻微弯曲,假如弯得太厉害,翻面的时候就会起皱甚至是碎裂。他们把加工温度控制在了 500℃ 以下,确保晶圆能够保持平整,从而完成了硅基板的移除。

实验数据也证明这个方案是可行的,他们测量了氮化硅波导的传输损耗大小,发现在 637 纳米的红光波长下,第一层波导的损耗是 9.7 到 11.7 分贝每厘米左右,第二层稍微高一些,是 12.5 分贝每厘米。这个数值和传统刚性硅片上做的同类波导没差太多,证明转移过程没有引入额外的损耗。

在弯曲测试实验里,他们把一块芯片绕在不同直径的圆柱上进行反复弯折,芯片直径从 2 英寸到 0.125 英寸,每个直径分别弯 500 次,累计弯了 3,000 次,结果发现光传输性能没有任何下降。而直到把弯折直径缩小到了 0.08 英寸,大约就是一根牙签的粗细,芯片才开始逐渐出现裂纹,光学性能在几十次弯折后才开始明显下降。而 0.08 英寸这个尺度远远超过了绝大多数应用场景的需求,毕竟 AR 眼镜镜片的弯曲程度不会比牙签更夸张。

在透明度的测试里,他们造了一个“仿生眼”,分别使用一个光圈来模拟瞳孔,一个透镜来模拟晶状体,一个相机来模拟视网膜。他们在镜头之前放了一块芯片,测试人眼透过芯片看东西时是否会模糊或者失真。

实验结果显示,芯片对于分辨率的影响微乎其微,MTF50(对比度下降到 50% 之时的空间频率)保持在 15 周期每度,和人眼本身的极限分辨率大致一样。换言之,当戴上这块芯片看东西,你根本不会觉得面前隔了一层雾。


(来源:Optica)

他们在实验中还测试了散射,也就是人眼所能感知到的“雾感”。他们使用一个双向透射分布函数来测量光透过芯片之后的散射角度,结果发现在大多数的角度下,散射强度仅有 0.1 每球面度,最差的情况也能低于 2.0 每球面度,这个程度的散射人眼基本察觉不到。

这些特性意味着,透明柔性光子芯片一个最直接的应用是 AR 显示。当前的 AR 眼镜大多又重又厚,光学系统使用的是棱镜和半透半反镜,导致体积降不下来。假如用光子芯片来做,光路能够集成在几微米厚的薄膜里,从而可以直接贴合在普通镜片上。所显示内容和真实世界的光线一起进入人类眼睛,彼此互不干扰。飞行员头盔上的导航信息也能够这样进行投射,无需再装一套笨重的光学系统。

可穿戴医疗设备是另一个应用方向,贴在皮肤上的心率监测器以及汗液分析传感器,假如内置光子芯片,数据传输速度会比当前的蓝牙快很多,功耗也会更低。原因在于它是透明的,所以戴着它不影响外观。同时也因为是柔性的,皮肤动的时候它也会跟着动,同时不会脱落。

这项技术目前还处在实验室阶段,离量产还有一定距离。团队自己也列出了几个需要优化的方向:比如,降低波导损耗、加入主动调制功能、集成金属电极以及增加更复杂的器件层。但是,从工艺角度看,他们使用的全部是半导体工厂里现成的设备比如 193 纳米光刻、CVD 沉积、CMP 抛光、晶圆键合和研磨,这些都是十分成熟的技术,这种兼容性意味着一旦制备工艺优化到位,量产的门槛并不算高。

论文第一作者 Tal Sneh 告诉媒体,正是由于是在 300 毫米晶圆上做这件事,他们才有信心制备大量的器件并保证它们都能达标。300 毫米也是半导体行业的工业标准,和内存芯片和处理器用的一模一样。而使用同样的设备以及同样的流程做光子芯片,实际上也是在借用半导体工业的规模化能力。

参考资料:

https://news.mit.edu/2026/fabrication-platform-could-enable-flexible-transparent-next-generation-photonic-chips-0903

https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-13-9-1751

运营/排版:何晨龙

注:封面/首图由 AI 辅助生成

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
克洛普:我愿为球员赴汤蹈火;两年多没带队训练,还好没生疏

克洛普:我愿为球员赴汤蹈火;两年多没带队训练,还好没生疏

懂球帝
2026-09-23 20:20:13
美国中将公开承认:打完伊朗,我才看清中国到底有多强大!

美国中将公开承认:打完伊朗,我才看清中国到底有多强大!

果妈聊娱乐
2026-09-17 08:20:56
彻底摊牌了?一个欠9亿一个骗13.9亿,董卿被爆猛料,原来她和王丽坤同样困境

彻底摊牌了?一个欠9亿一个骗13.9亿,董卿被爆猛料,原来她和王丽坤同样困境

她时尚丫
2026-08-07 18:55:34
斯诺克官宣!丁俊晖领衔,3大TOP16缺席,中国军团10人直通正赛!

斯诺克官宣!丁俊晖领衔,3大TOP16缺席,中国军团10人直通正赛!

刘姚尧的文字城堡
2026-09-23 08:36:19
2-0! 王欣瑜强势晋级16强, 中国网球1日2大喜讯! 郑钦文最新动态更新

2-0! 王欣瑜强势晋级16强, 中国网球1日2大喜讯! 郑钦文最新动态更新

云隐南山
2026-09-23 02:19:02
突发!陈冠希的新瓜,有点料!

突发!陈冠希的新瓜,有点料!

财经要参
2026-09-23 07:56:49
泽连斯基被曝与美国中央情报局局长在机场会面,知情人:两人在飞机加油期间进行了非正式交谈

泽连斯基被曝与美国中央情报局局长在机场会面,知情人:两人在飞机加油期间进行了非正式交谈

极目新闻
2026-09-22 10:22:09
不许降落加油!美国“掐断”伊朗全球航线

不许降落加油!美国“掐断”伊朗全球航线

凤眼论
2026-09-22 19:34:42
战胜心魔,唐钱婷亚运会女子100米蛙泳突破,为中国队拿回金牌

战胜心魔,唐钱婷亚运会女子100米蛙泳突破,为中国队拿回金牌

体娱一家亲
2026-09-23 17:08:01
高圆圆在播客中首谈死亡:已和赵又廷商量好谁先走,理想告别是提前整理好东西不给孩子留麻烦

高圆圆在播客中首谈死亡:已和赵又廷商量好谁先走,理想告别是提前整理好东西不给孩子留麻烦

一盅情怀
2026-09-03 11:23:06
绝绝紫!凯特王妃出席首映礼,解锁了一条压箱底近百年的项链

绝绝紫!凯特王妃出席首映礼,解锁了一条压箱底近百年的项链

不太爱笑的小羊
2026-09-23 13:11:15
女儿为给发热父亲降温,用干冰直接敷在其身上,导致全身多处“冷烧伤”,医生:如同拿烧红的烙铁往皮肤上贴

女儿为给发热父亲降温,用干冰直接敷在其身上,导致全身多处“冷烧伤”,医生:如同拿烧红的烙铁往皮肤上贴

扬子晚报
2026-09-23 07:31:22
刘强东拿下张雪机车,震动行业!

刘强东拿下张雪机车,震动行业!

互联网品牌官
2026-09-23 11:50:56
财政部为什么是党组、公安部为什么是党委?

财政部为什么是党组、公安部为什么是党委?

画生笔记
2026-09-20 09:10:50
公务员严查再升级!这5类行为,纪委查到一起处理一起!

公务员严查再升级!这5类行为,纪委查到一起处理一起!

职场资深秘书
2026-09-23 12:28:40
苹果“最建议买”的3款手机,性能强不卡顿,能用到2032年

苹果“最建议买”的3款手机,性能强不卡顿,能用到2032年

小柱解说游戏
2026-09-23 00:30:51
陈妍希回应一天只吃一顿:白天喝咖啡能维持比较清醒的状态,晚上跟朋友约饭,是比较适合自己的方式;医生提醒:减肥不能以牺牲健康为代价

陈妍希回应一天只吃一顿:白天喝咖啡能维持比较清醒的状态,晚上跟朋友约饭,是比较适合自己的方式;医生提醒:减肥不能以牺牲健康为代价

台州交通广播
2026-09-22 12:00:00
随着中国男足0-0,朝鲜4-1伊朗,最终排名大反转:中国队变大赢家

随着中国男足0-0,朝鲜4-1伊朗,最终排名大反转:中国队变大赢家

大秦壁虎白话体育
2026-09-23 15:25:22
热议亚运男足小组第一出线:安东尼奥就是可以拿到想要的结果

热议亚运男足小组第一出线:安东尼奥就是可以拿到想要的结果

懂球帝
2026-09-23 16:49:54
“整完容才到普通人水平!”初中女孩晒整容前后对比照,有点心酸

“整完容才到普通人水平!”初中女孩晒整容前后对比照,有点心酸

世界圈
2026-09-14 15:05:05
2026-09-23 20:35:00
DeepTech深科技 incentive-icons
DeepTech深科技
麻省理工科技评论独家合作
17294文章数 515220关注度
往期回顾 全部

科技要闻

一夜三款新模型,AI价格战再升级

头条要闻

南开教授胡金牛"段子手式"简介更新 曾自称"力压普京"

头条要闻

南开教授胡金牛"段子手式"简介更新 曾自称"力压普京"

体育要闻

300万英镑,他们买下了一位队史传奇

娱乐要闻

王玉雯杨玏被曝结婚又离 荒唐一幕出现

财经要闻

全市场都在卷自营

汽车要闻

性能与实用兼得 全新奥迪S5 Avant上市 57.18万元

态度原创

数码
本地
艺术
游戏
公开课

数码要闻

首发玄戒O3!小米18 Fold首销量同比上代增长300%

本地新闻

中秋逛白塔寺,体验国医妙荟雅集

艺术要闻

深圳4座新全球总部:大疆尖塔、京东画境、OPPO曲面、科达利窗口

长的丑就要被鬼追着杀!恐怖猎奇新游设定巨诡异

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版