Politechnika Wrocławska otrzyma 1,17 mln euro na rozwój technologii laserów półprzewodnikowych
Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej wezmą udział w europejskim projekcie REMOTION, którego celem jest opracowanie nowej metody produkcji miniaturowych laserów półprzewodnikowych. Technologia ma umożliwić wielokrotne wykorzystanie kosztownych podłoży półprzewodnikowych oraz integrację laserów z układami krzemowymi. Rozwiązanie może znaleźć zastosowanie między innymi w centrach danych i systemach sztucznej inteligencji.
Jak informuje Politechnika Wrocławska, projekt REMOTION otrzymał finansowanie w konkursie EIC Pathfinder Open 2026, organizowanym w ramach unijnego programu Horyzont Europa. Spośród 2103 zgłoszonych projektów do finansowania wybrano 43. W zwycięskich konsorcjach znalazło się pięć polskich podmiotów, w tym Politechnika Wrocławska.
Trzyletni projekt, koordynowany przez Politechnikę Warszawską, dysponuje budżetem wynoszącym niemal 4 mln euro, z których ponad 1,17 mln euro przypadnie Politechnice Wrocławskiej. W przedsięwzięciu uczestniczą również Uniwersytet w Paderborn w Niemczech i firma Mellanox Technologies.
Nowa metoda produkcji laserów
Jednym z głównych wyzwań współczesnej fotoniki jest integracja wydajnych źródeł światła z układami krzemowymi. Krzem, który jest podstawowym materiałem wykorzystywanym w mikroelektronice, ze względu na swoje właściwości optyczne nie nadaje się do budowy efektywnych laserów. Do ich produkcji stosuje się inne materiały półprzewodnikowe, między innymi arsenek galu (GaAs) i fosforek indu (InP).
Połączenie takich laserów z krzemowymi układami fotonicznymi mogłoby przyczynić się do rozwoju szybszych i bardziej energooszczędnych systemów komunikacji optycznej. Rozwiązania tego typu nabierają znaczenia wraz ze wzrostem zapotrzebowania na przesyłanie danych, szczególnie w centrach obliczeniowych obsługujących aplikacje sztucznej inteligencji.
Naukowcy uczestniczący w projekcie REMOTION zamierzają wykorzystać technologię epitaksji zdalnej, która polega na wytwarzaniu struktur półprzewodnikowych na podłożach pokrytych ultracienką warstwą węgla, np. grafenu. Takie rozwiązanie ma umożliwić oddzielenie gotowych struktur laserowych bez uszkodzenia podłoża, które następnie będzie można ponownie wykorzystać.
Dwa zespoły badawcze z Wrocławia
Politechnika Wrocławska odpowiada za dwa kluczowe obszary projektu. Pierwszy obejmuje wytwarzanie wielowarstwowych struktur półprzewodnikowych przeznaczonych do budowy laserów. Pracami pokieruje dr inż. Mikołaj Badura z Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów.
Naukowcy będą rozwijać procesy epitaksjalnego wzrostu struktur laserowych, w których parametry emitowanego światła zależą od precyzyjnie kontrolowanej grubości i składu poszczególnych nanowarstw. Szczególnym wyzwaniem będzie uzyskanie odpowiedniej jakości krystalicznej materiałów wytwarzanych na podłożach pokrytych grafenem lub węglem amorficznym.
“W projekcie REMOTION realizujemy zadanie bez precedensu w skali światowej. Musimy doprowadzić do odtworzenia uporządkowanej sieci krystalicznej półprzewodnika w warunkach, gdy potencjał podłoża transmitowany jest przez ultracienką warstwę węgla amorficznego lub grafenu. To jeden z najbardziej krytycznych etapów projektu – śladowe niedoskonałości strukturalne lub naprężenia mogą całkowicie uniemożliwić pracę lasera”, tłumaczy Mikołaj Badura.
Drugim obszarem zajmie się zespół dr. hab. inż. Marcina Syperka, prof. uczelni z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki. Badacze opracują metodę oddzielania cienkich struktur półprzewodnikowych od podłoża oraz ich precyzyjnego umieszczania na krzemowych układach fotonicznych. Wykorzystają do tego technologię druku mikrotransferowego, polegającą na przenoszeniu mikroskopijnych elementów za pomocą elastycznych stempli.
“Laser musi trafić dokładnie w wybrane miejsce, żeby światło mogło sprawnie przejść do pozostałej części układu. Będziemy korzystać z elastycznych stempli, które podnoszą bardzo cienkie elementy półprzewodnikowe i przenoszą je precyzyjnie na nowe podłoże. Opracowanie skalowalnego i powtarzalnego procesu, który nie uszkadza tych struktur, jest jednym z warunków przyszłego wykorzystania tej metody w produkcji”, wyjaśnia Marcin Syperek.
Ważnym elementem planowanych badań będzie również ocena efektywności przekazywania światła z lasera do falowodów znajdujących się w układzie krzemowym, a wyniki tych pomiarów zostaną wykorzystane do udoskonalania procesu wzrostu i przenoszenia struktur.
Mniejsze koszty i większa niezależność technologiczna
Opracowywana technologia ma być przystosowana do produkcji przemysłowej. W przypadku powodzenia projektu możliwość wielokrotnego wykorzystania podłoży półprzewodnikowych pozwoli znacząco ograniczyć koszty produkcji laserów i zmniejszyć zużycie cennych surowców. Jak czytamy w komunikacie opublikowanym przez Politechnikę Wrocławską, projekt wpisuje się również w działania zmierzające do zwiększenia niezależności europejskiego przemysłu półprzewodnikowego od zagranicznych dostawców.
Projekt REMOTION to kolejne przedsięwzięcie finansowane z programu EIC Pathfinder, w które zaangażowana jest Politechnika Wrocławska. Uczelnia pełni również funkcję koordynatora projektu BrinE-loop oraz uczestniczy w realizacji projektów Bio4Pack i QCEED.
