13 февраля в структуре МИЭТ в рамках реализации федерального проекта «Подготовка кадров и научного фундамента для электронной промышленности» открылся Научно-исследовательский центр «Интегральная фотоника» (НОЦ ИнФот). С помощью центра планируется повышать качество подготовки обучающихся, развивать научные исследования в области проектирования, моделирования и технологии изготовления элементной базы и изделий интегральной фотоники, а также формировать эффективные научные коллективы с участием молодых ученых. Руководителем НОЦ стал кандидат технических наук, доцент кафедры ИЭМС МИЭТ Антон Красюков. Новый НОЦ будет размещаться на базе площадей будущего Института интегральной электроники (ИнЭл), а в настоящее время организационный центр НОЦ функционирует на базе кафедры интегральной электроники и микросистем (ИЭМС).

 

Работа в области фотоники и нанофотоники

Эти исследования ведутся в МИЭТ в рамках программы Минобрнауки России и Правительства РФ «Приоритет 2030». Ученые Института перспективных материалов и технологий работают над созданием энергонезависимых фотонных элементов для полностью оптических нейроморфных вычислительных систем. Год назад ими был создан оригинальный чип, который позволит разрабатывать фотонные «микросхемы» нового поколения. Кроме того, на кафедре квантовой физики и наноэлектроники МИЭТ изготовили высокочувствительные детекторы фотонов и в данный момент изучают технологию фемтосекундных лазеров, которая может стать основой для производства наноприемников единичных фотонов и других электрооптических приемо-передающих устройств. В то же время Институт биомедицинских систем представил лазерный аппарат для восстановления биологических тканей на выставке «Фотоника-2022».

Исследовательские группы МИЭТа вырабатывают подходы к конструированию принципиально новых интегрально-оптических схем и различных систем на их основе, результаты исследований публикуются в ведущих научных журналах России и мира.

 

Как эту работу получится усилить за счет создания НОЦ

Проектированием фотонных интегральных схем для прикладного применения занимаются ЗНТЦ и научно-производственный комплекс «Технологический центр», с которыми МИЭТ связан многолетними партнерскими отношениями. Там есть все необходимое оборудование для апробации в производственном масштабе найденных в лаборатории решений. На базе действующей производственной линии ЗНТЦ, модернизированной под изготовление элементов фотоники, уже получены первые образцы кристаллов отечественного оптического волноводного DWDM мультиплексора. В следующем году предполагается запустить производство разработанных пассивных фотонных изделий в небольших сериях, постепенно наращивая объемы выпуска.

«Одновременно ЗНТЦ совместно с партнерами планирует приступить к разработке трансиверов – одного из самых распространенный изделий фотоники, привлекательного для серийного производства, – рассказал Медиа-Центру руководитель НОЦ, доцент кафедры ИЭМС к. т. н. Антон Красюков. – Трансиверы используются во всех волоконно-оптических линиях при преобразовании светового потока в электрический сигнал с его оцифровкой и превращением в обычный информационный поток».

Руководитель НОЦ также отметил, что МИЭТ выступит в роли научного центра, усилия которого сосредоточены на изучении фундаментальных основ технологий фотоники, как активной, так и пассивной. «В университете наработаны мощные компетенции по теоретической базе, разработке и дизайну изделий фотоники. ЗНТЦ совместно с МИЭТ уже сегодня разрабатывает элементы пассивной фотоники: мультиплексоры, разветвители на кремнии, кремнии-на-изоляторе и других перспективных материалах», – подчеркнул А. Красюков.

 

Основные направления деятельности НОЦ ИнФот

Новый образовательный центр будет вести научную работу в области интегральной фотоники, а также образовательной и методической деятельности в рамках образовательных программ, реализуемых кафедрами ИЭМС, ПКИМС и КФН.

 

В список обязательств данных подразделений войдут:

проведение фундаментальных и прикладных исследований в области интегральной фотоники, исследований и разработок электронной компонентной базы фотоники методами компьютерного моделирования;

получение новых научных знаний в области интегральной фотоники и использование их в учебном процессе, переподготовку кадров, востребованных современной экономикой, и повышение их квалификации;

разработка новых систем, методов и форм образовательной деятельности в области интегральной фотоники, включая актуализацию образовательных стандартов, программ, учебников и учебных пособий нового поколения;

привлечение высококвалифицированных кадров и кадров высшей квалификации к научно-исследовательской деятельности;

содействие эффективной интеграции науки, промышленности и инновационных структур, нацеленной на развитие инновационной деятельности в области фотоники;

содействие закреплению в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формированию эффективных научных коллективов;

участие в подготовке высококвалифицированных кадров, в том числе специалистов в области интегральной фотоники и оптоэлектроники.

Новые образовательные программы

В ближайшее время в МИЭТ будут разработаны программы повышения квалификации, дисциплины для программ подготовки бакалавров и магистров в области проектирование элементов интегральной фотоники. Кроме того, в Институте перспективных материалов и технологий по направлению подготовки 28.03.03 «Наноматериалы» (профиль «Инженерия наноматериалов») уже ведется обучение по дисциплине «Квантовая и оптическая электроника», которая станет хорошей базой для расширения образовательных перспектив.

По направлению подготовки 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» (профиль «Интегральная электроника и наноэлектроника» и «Проектирование и технология устройств интегральной наноэлектроники») планируется разработать ряд учебных программ с акцентом именно на проектирование фотонных интегральных схем по аналогии с имеющимися программами по проектированию интегральных схем.

 

Также планируется разработка дисциплин по следующим направлениям:

 

«Введение в фотонику»

«Основы инженерной деятельности в области интегральной фотоники»

«Интегральная фотоника (интегральная оптика)»

В перспективе 2024–2025 годов ожидается разработка и запуск магистерской программы по направлению «Фотоника».

 

Перспективы интегральной фотоники

Для построения современных коммуникационных сетей необходимы технологии, позволяющие существенным образом увеличить объем и защищенность передаваемой информации.

Фотонные технологии позволяют увеличить скорость обработки и передачи данных в 50–100 раз. Они уже применяются в мобильных телефонах, компьютерах и осветительных приборах на светодиодах – везде, где поток фотонов (света) используется подобно электронам в электронике. При этом детали передающих устройств и гаджетов в десятки раз меньше современных микросхем. Кроме того, такие устройства потребляют значительно меньше энергии.

В России отсутствует производственная база для изготовления элементов интегральной фотоники, а также технологии по их изготовлению, поэтому тематики работы нового научно-образовательного центра актуальны как никогда: они будут способствовать развитию появлению отечественной фотонной элементной базы, применению отечественных библиотек проектирования ФИС для дальнейшего многократного применения, сокращению сроков разработки новых ФИС для ТКО и систем управления. Кроме того, центр станет важным шагом в сторону технологической независимости от интеллектуальной собственности зарубежных fabless-компаний.

Совместимость с классическим маршрутом изготовления КМОП ИС позволит задействовать существующие производственные линейки и разработать фотонные интегральные схемы на основе кремниевой технологии и библиотеки элементов и правил проектирования открытой архитектуры для производства ФИС на отечественных фабриках, включая такие элементы ФИС, как спектральные фильтры и интерферометры, модуляторы и переключатели, аттенюаторы управляемые, мультиплексоры, сплиттеры и резонаторы.