Für die Realisierung einer neuartigen Frequenzkammtechnologie vertraute eine Forschungsgruppe des Instituts für Photonik der TU Wien auf Flip-Chip und Die-Bond Equipment von Finetech.
Das Institut für Photonik der TU Wien ist führend auf dem Gebiet der Grundlagenforschung zur Erzeugung von ultrakurzen hochintensiven Laserpulsen, Terahertz-Pulsen und die Realisierung von nano-photonischen Bauelementen sowie deren Anwendungen.
Ein Forschungsschwerpunkt sind Quantenkaskadenlaser (QCLs). Dabei handelt es sich um kompakte und effiziente Strahlungsquellen für den Infrarot- und THz-Spektralbereich. Da diese Laser ein breites Emissionsspektrum aufweisen, ist sogar die direkte Erzeugung von Frequenzkämmen möglich, die sich ideal für den Einsatz in der hochauflösenden Spektroskopie und Metrologie eignen.
Im Rahmen der Forschung an On-Chip THz-Frequenzkämmen sollten nun erstmals Terahertz-Quantenkaskadenlaser in Form eines Ringresonators mit etablierter Silizium-Photonik kombiniert werden, um den Grundstein für den Einsatz in zahlreichen neuen Anwendungsfelder zu legen.
Dafür nutzten die Forscher erfolgreich einen Tabletop Die Bonder von Finetech.
Quantenkaskadenlaser (QCLs) als Terahertz-Strahlungsquelle
Terahertz-Strahlung hat viele potenzielle Einsatzgebiete. Neben der Spektroskopie sind das z.B. auch die Sensorik, Bildgebung und Kommunikation. Luftmonitoring mit Gassensoren, Bodyscanner am Flughafen oder die schnelle 6G-Datenkommunikation sind da nur einige Stichworte.
Die Entwicklung effizienter und kompakter Terahertz-Quellen war jedoch lange eine Herausforderung. Konventionelle Methoden zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung, wie z. B. die Verwendung von Femtosekundenlasern, sind in Bezug auf Leistung, Bandbreite und Effizienz begrenzt.
III-V-THz-QCL meets Silicon Photonics
Nun forscht das Institut für Photonik der TU Wien daran, die Leistung, Effizienz und Einsatzmöglichkeiten von Terahertz-QCLs weiter zu verbessern, z.B. durch die Verwendung neuer Materialien, Geometrien und die Integration mit anderen Plattformen.
Besonders vielversprechend sind hierbei Ringresonatoren. Die zugrunde liegende Physik der Lichtausbreitung in einem ringförmigen Resonator führt zu einem hohen Lichteinschluss in der Lasergeometrie. Die dadurch erhöhte Wechselwirkung zwischen Licht und Lasermaterial führt zu einer effizienten Bildung von Frequenzkämmen. Weiters resultieren die geringen Strahlungsverluste von Ringresonatoren im Vergleich zu anderen Geometrien in niedrigeren Laserschwellströmen sowie niedrigere Treiberströme, was zu einer verringerten Wärmeabgabe der Bauelemente führt (wichtig für den Dauerstrich-Hochleistungsbetrieb).
In der betreffenden Studie sollten nun die Vorteile von ringförmigen THz-QCLs erstmals mit etablierter Silizium-Photonik kombiniert werden. Dadurch würden beliebige THz-Schaltungskonfigurationen wie Quelle-Wellenleiter-Detektor-Systeme oder Designs mit schnellen Modulatoren möglich, da plasmonische oder verlustarme Si-Wellenleiter verwendet werden können.
Effiziente, bei Raumtemperatur betriebene Hochleistungsstrahlungsquellen, mit Wellenleitern, Detektoren oder Modulatoren auf ein und demselben Chip integriert, würden zudem zahllose Möglichkeiten in Richtung Lab-on-a-Chip-Systemen eröffnen, z. B. für die Gassensorik.
Hochgenauer Flip-Chip Bonder gesucht und gefunden
Aufgrund der geringen Größe der Bauelemente war eine direkte Drahtbondtechnik zur elektrischen Kontaktierung nicht möglich. Und auch der am Institut für Photonik vorhandene Wafer-to-Wafer-Bonder war schlicht nicht in der Lage, diese Strukturen sicher zu händeln, da eine präzise Ausrichtung des Rings auf den Si-Chip erforderlich war.
Daher machten sich die Verantwortlichen auf die Suche nach einem Flip-Chip- Bonder, der dieser Aufgabe gewachsen war.
