Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki

Przedmiotem projektu jest zdefiniowanie i implementacja kompletnego łańcucha wartości dla układów fotoniki scalonej na zakres średniej podczerwieni (MIRPIC), obejmującego zestaw technologii i infrastruktury niezbędnych do podjęcia wielkoskalowej produkcji układów MIRPIC do zastosowań w miniaturowych systemach czujnikowych. Wynikiem projektu będzie pierwsze w Polsce i Europie foundry oferujące możliwość wytwarzania układów fotoniki scalonej na zakres średniej podczerwieni w skali wysoko-wolumenowej. 

Główne cele projektu zostaną osiągnięte na drodze intensywnych prac badawczo-rozwojowych realizowanych przez VIGO Photonics z udziałem partnerów o eksperckich kompetencjach w kluczowych obszarach objętych projektem, tj. technologii detektorów i źródeł promieniowania mid-IR, układów falowodowych PIC, technologii integracji heterogenicznej oraz packagingu optoelektronicznego, technik masowego testowania oraz projektowania podstawowych i kompozytowych bloków funkcjonalnych. Prace te, realizowane w ramach fazy RDI, pozwolą na zdefiniowanie i opracowanie skalowalnych technologii wytwórczych oraz, w konsekwencji, zaprojektowania foundry i poszczególnych linii technologicznych w ich docelowym kształcie, przewidzianym do implementacji w ramach fazy pierwszego przemysłowego wdrożenia (FID). 

Poszczególne zadania obejmują rozwój poszczególnych technologii i zgodnie z Project Portfolio koncentrują się na: 

1) Opracowaniu skalowalnej technologii detektorów

2) Opracowaniu skalowalnej technologii źródeł światła MIR

3) Opracowaniu skalowalnej technologii pasywnych układów falowodowych

4) Opracowaniu technologii integracji elementów aktywnych i pasywnych

5) Opracowaniu technologii packagingu optoelektronicznego

6) Opracowaniu technik masowego testowania fotonicznych układów scalonych

7) Opracowanie process design kit (PDK). Po zakończeniu fazy RDI planowane są dwa zadania fazy wdrożenia przemysłowego

8) faza inwestycyjna FID 

9) faza operacyjna FID. 

Wdrożenie technologii HyperPIC pozwoli na zastąpienie drogich i złożonych systemów układami scalonymi. W konsekwencji możliwe będzie wykorzystanie pojedynczych chipów pełniących rolę mikro-laboratorium w urządzeniach codziennego użytku (smartfonach, sprzęcie AGD, samochodach). Ponadto umożliwi to wdrożenie rozproszonych sieci czujników i systemów monitorowania przemysłu, środowiska, rolnictwa, ruchu i systemów transportowych, infrastruktury krytycznej itp. 

Docelową grupę klientów/użytkowników foundry i odbiorców wytwarzanych w niej układów scalonych stanowić będą firmy działające na rynku szeroko rozumianego sensingu, implementujące rozwiązania do zastosowań w takich obszarach jak digital health monitoring (w systemach elektroniki konsumenckiej), monitoring gazów i cieczy, przemysł samochodowy, nowoczesne rolnictwo, bezpieczeństwo i telekomunikacja (w wolnej przestrzeni). Planuje się również udostępnianie potencjału foundry w ramach cykli MPW (multiproject wafer run) dla uczelni, instytutów badawczych i SME.

Projekt HyperPIC stawia sobie cele:

- zbudowania kompletnej infrastruktury do produkcji elementów fotonicznych układów scalonych (PIC)

- półprzewodnikowych źródeł światła i detektorów na zakres MIR, pasywnych komponentów falowodowych na podłożach półprzewodnikowych w technologiach generycznych,

- zbudowania infrastruktury do hybrydowej i heterogenicznej integracji ww. elementów oraz packagingu optoelektronicznego,

- opracowania i rozwinięcia bibliotek i narzędzi do projektowania układów PIC (PDK),

- opracowania i wdrożenia technologii masowego testowania elementów i układów PIC.

Głównym celem projektu jest opracowanie i wszechstronne zbadanie nowych jakościowo rozwiązań dla systemów komunikacji optycznej w wolnej przestrzeni (ang. free space optical communication, FSOC), bazujących na rozwiązaniach fotoniki scalonej. W ramach realizacji badań przemysłowych i prac rozwojowych zakłada się zaprojektowanie i wytworzenie zintegrowanych, wielokanałowych układów nadawczych i odbiorczych, wyposażonych w układy elektroniki sterującej, układy optyczne do formowania wiązki oraz systemy pozycjonujące. Zakłada się opracowanie demonstratorów technologii – systemów komunikacji w wolnej przestrzeni pracujących w różnych zakresach spektralnych, tj. klasycznym dla telekomunikacji światłowodowej zakresie bliskiej podczerwieni (ang. near-infrared, NIR), odpowiadającym długości fali 1550 nm, oraz w znacznie bardziej atrakcyjnym dla komunikacji w wolnej przestrzeni zakresie średniej podczerwieni (ang. mid-infrared, MIR), obejmującym dwa podpasma – 4-6 μm i 8-12 μm. Wybór badanych zakresów spektralnych podyktowany jest właściwościami atmosfery i występującymi oknami transmisyjnymi. Warto również nadmienić, że systemy FSOC są w ostatnich latach intensywnie badane pod kątem możliwości zastosowania w systemach i sieciach 5G i 6G, komunikacji między dronami, pojazdami wojskowymi, autonomicznymi pojazdami, a także satelitami. 

Zakres projektu obejmuje w szczególności zaprojektowanie, wytworzenie i zbadanie zintegrowanych wielokanałowych układów nadawczych i odbiorczych dla systemu FSOC na zakres NIR oraz MIR. W pierwszym przypadku planowane jest wykorzystanie generycznej technologii fosforku indu (InP) oferowanej obecnie przez europejskie foundry fotoniczne, takie jak SMART Photonics (Holandia) i Heinrich Hertz Institut (Niemcy). Technologia InP pozwala na wytwarzania monolitycznie zintegrowanych nadajników i odbiorników wielokanałowych, zawierających przestrajalne źródła światła laserowego, modulatory światła i fotodetektory, multipleksery długości fali i inne elementy pasywne. Ze względu na ograniczony od strony długofalowej zakres spektralny platformy InP (λmax = 2,0 μm), w przypadku urządzeń pracujących w zakresie średniej podczerwieni planowane jest wykorzystanie platformy MIRPIC (ang. mid-infrared photonic integrated circuits), rozwijanej od 2021 r. przez konsorcjum naukowo-przemysłowe, którego liderem jest firma VIGO Photonics, a partnerami Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki Sieci Badawczej Łukasiewicz oraz Politechnika Warszawska, a więc również partnerzy niniejszego projektu. W ramach platformy MIRPIC można obecnie projektować i wytwarzać fotoniczne układy scalone zawierające pasywne układy falowodowe i integrowane hybrydowo źródła światła – lasery kaskadowe QCL (ang. quantum cascade lasers) oraz detektory promieniowania bazujące na supersieciach InAs/InAsSb. Zaplanowane w projekcie prace pozwolą na opracowanie kompatybilnych z PIC laserów QCL i detektorów o częstotliwościach pracy na poziomie powyżej 2.5 GHz, a także prototypowych układów laserów ICL, dotychczas nieprodukowanych w Polsce.