IollNIST (यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी) के वैज्ञानिकों ने फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट की पैकेजिंग के लिए एक नई प्रक्रिया विकसित की है ताकि वे कल्पना के कुछ सबसे चरम वातावरणों में जीवित रह सकें और काम कर सकें।
हालाँकि नई प्रक्रिया को पूरा होने में अब कई दिनों की आवश्यकता होती है, इंजीनियर समय को नाटकीय रूप से कम कर सकते हैं, जिससे तकनीक बड़े पैमाने पर विनिर्माण के लिए उपयुक्त हो जाएगी।
एक फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट का चित्रण, जिसमें एक तकनीक का उपयोग करके घटकों को जोड़ा गया है जो सर्किट को चरम वातावरण में जीवित रहने और संचालित करने में सक्षम बनाता है।
श्रेय: एनआईएसटी
परियोजना का नेतृत्व करने वाले एनआईएसटी भौतिक विज्ञानी निकोलाई क्लिमोव ने कहा, “हमारा अध्ययन उन वातावरणों में फोटोनिक्स की गति और दक्षता लाने की दिशा में एक बड़ा कदम है जहां विद्युत प्रवाह द्वारा संचालित पारंपरिक अर्धचालक चिप्स और पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके पैक किए गए फोटोनिक्स चिप्स संचालित करने में सक्षम नहीं हैं।”
फोटोनिक एकीकृत चिप्स का एक विशेष लाभ है क्योंकि वे पारंपरिक चिप्स की तुलना में बहुत कम बिजली की खपत करते हुए उच्च गति पर डेटा संचारित करते हैं – लेकिन केवल तभी जब पैकेजिंग नाजुक ऑप्टिकल कनेक्शन को पूरी तरह से संरेखित रख सके।
मांग वाले वातावरण में उनका उपयोग सीमित रह गया है। पारंपरिक पैकेजिंग चरम स्थितियों में फोटोनिक चिप्स और ऑप्टिकल फाइबर के बीच विश्वसनीय कनेक्शन बनाए रखने में विफल रहती है – जैसे तीव्र विकिरण, अल्ट्राहाई वैक्यूम, ब्लिस्टरिंग गर्मी या ठंडा तापमान।
कई क्वांटम प्रौद्योगिकियों, जिनमें कई प्रमुख क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफ़ॉर्म शामिल हैं, को या तो अल्ट्राहाई वैक्यूम वातावरण, पूर्ण शून्य से कुछ डिग्री ऊपर तापमान, या दोनों की आवश्यकता होती है। अंतरिक्ष मिशन, परमाणु रिएक्टर कोर और कण त्वरक उपकरणों को तीव्र विकिरण के संपर्क में लाते हैं। औद्योगिक और ऊर्जा अनुप्रयोग ऐसे सेंसर की मांग करते हैं जो गर्मी, दबाव और संक्षारक वातावरण का सामना कर सकें।
इन चरम वातावरणों में फोटोनिक एकीकृत चिप्स के लिए काम करना संभव बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने आश्चर्यजनक रूप से जिद्दी चुनौती पर काबू पा लिया: एक फोटोनिक चिप में ऑप्टिकल फाइबर को विश्वसनीय रूप से जोड़ना।
आज के मानक चिपकने वाले – कार्बनिक पॉलिमर गोंद – अत्यधिक ठंड, तीव्र विकिरण, वैक्यूम या गर्मी के संपर्क में आने पर टूटने, गैस निकलने या ख़राब होने की प्रवृत्ति रखते हैं। एक बार जब वह बांड विफल हो जाता है, तो चिप काम नहीं कर सकती।
इस समस्या को हल करने के लिए, एनआईएसटी वैज्ञानिकों ने अंतरिक्ष-आधारित और जमीन-आधारित खगोलीय प्रणालियों दोनों के लिए बड़े, अल्ट्रास्टेबल ऑप्टिकल सिस्टम को इकट्ठा करने के लिए मूल रूप से नासा द्वारा उपयोग की जाने वाली तकनीक को अपनाया।
हाइड्रॉक्साइड कैटेलिसिस बॉन्डिंग (एचसीबी) नामक विधि, ऑप्टिकल फाइबर और फोटोनिक चिप के बीच एक अकार्बनिक, कांच जैसा रासायनिक बंधन बनाती है।
गोंद पर निर्भर होने के बजाय, यह प्रक्रिया आणविक स्तर पर सतहों को जोड़ने के लिए थोड़ी मात्रा में सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल का उपयोग करती है, जिससे एक कठोर, स्थिर कनेक्शन बनता है।
एनआईएसटी टीम ने पहली बार प्रदर्शित किया कि एचसीबी तकनीक सटीक ऑप्टिकल फाइबर संरेखण और कुशल प्रकाश युग्मन प्राप्त कर सकती है जिसकी फोटोनिक सर्किट को आवश्यकता होती है, जबकि यह अभी भी कठोर वातावरण का सामना करने में सक्षम एक मजबूत पैकेज बनाती है।
उस लचीलेपन का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पैक किए गए फोटोनिक चिप को चरम स्थितियों की एक श्रृंखला में उजागर किया।
टीम द्वारा असेंबली को क्रायोजेनिक तापमान तक ठंडा करने, तापमान में तेजी से बदलाव के माध्यम से सामग्री को डुबोने, तीव्र आयनीकरण विकिरण के साथ बमबारी करने और इसे उच्च वैक्यूम के तहत रखने के बाद भी, एचसीबी-बॉन्ड फाइबर कनेक्शन बरकरार रहा। इससे टीम को यह सत्यापित करने में मदद मिली कि चिप स्वयं सामान्य रूप से कार्य करती रही।
हालाँकि उपलब्ध वाणिज्यिक ऑप्टिकल फाइबर की सीमाओं के कारण उच्च तापमान परीक्षण सीधे पैक किए गए फोटोनिक चिप पर नहीं किया जा सकता है, टीम द्वारा किए गए अतिरिक्त अध्ययनों से पता चला है कि एचसीबी-आधारित फोटोनिक पैकेजिंग पारंपरिक चिपकने वाले की तुलना में कहीं अधिक तापमान पर यांत्रिक रूप से स्थिर रहती है।
साथ में, ये परिणाम उल्लेखनीय रूप से व्यापक पर्यावरणीय रेंज में असाधारण लचीलेपन के साथ एक पैकेजिंग विधि की ओर इशारा करते हैं।
क्लिमोव ने कहा, “यह दृष्टिकोण एक ऐसा बंधन बनाता है जो ऑप्टिकल फाइबर जितना ही लचीला होता है।” “यह फोटोनिक एकीकृत सर्किट को उन स्थानों पर जाने की अनुमति देता है जहां वे पहले नहीं जा सकते थे।”
हालाँकि वर्तमान बॉन्डिंग प्रक्रिया को पूरा होने में कई दिनों की आवश्यकता होती है, शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि यह एक मूलभूत बाधा के बजाय एक इंजीनियरिंग मुद्दा है। केंद्रित विकास के साथ, इंजीनियर समय को नाटकीय रूप से कम कर सकते हैं, जिससे तकनीक बड़े पैमाने पर विनिर्माण के लिए उपयुक्त हो जाएगी।
