NIST研发可耐极端环境的光子芯片封装技术

图为NIST科学家尼古拉·克利莫夫实验室研发的光子集成芯片。

NIST的研究团队开发出一种新的光子集成电路封装方法——这类微型芯片依靠光而非电来传递信息——使其能够在极端条件下正常工作，无论是高温工业环境、超冷真空腔体，还是深空环境。

“我们的工作标志着在将光子学的高速与低功耗优势引入传统电流驱动半导体芯片，以及传统封装方式无法支持的光子芯片应用场景方面，迈出了关键一步，”项目负责人、NIST物理学家尼古拉·克利莫夫表示。

相关研究成果已于近期发表在《光子学研究》期刊上。

在芯片制造中，“封装”指的是包裹芯片并实现其与外部连接的保护结构和接口系统，涵盖光纤、电触点及其他组件。良好的封装能确保芯片在紧凑、可靠的设备中稳定工作，避免损坏或位置偏移。

光子集成芯片具备独特优势，因为它们能够高速传输数据，同时功耗远低于传统芯片——但前提是封装必须保持精密光学连接的精确对准。

目前，光子集成芯片已在电信、医疗诊断和先进传感等领域发挥重要作用，但在严苛环境下的应用仍受到限制。传统封装在强辐射、超高真空、酷热或严寒等极端条件下，难以维持光子芯片与光纤之间的可靠连接。

许多量子技术，包括多种主流量子计算平台，要求超高真空环境、仅比绝对零度高几度的温度，或两者同时满足。太空任务、核反应堆堆芯和粒子加速器会使设备暴露于强辐射之中。工业和能源领域则需要传感器能够耐受高温、高压和腐蚀性介质。

为了让光子集成芯片适应这些极端环境，研究人员攻克了一个颇具挑战性的难题：如何可靠地将光纤连接到光子芯片上。目前常用的有机聚合物胶水在极寒、强辐射、真空或高温条件下容易开裂、释气或降解。一旦粘合失效，芯片便无法继续工作。

为解决这一问题，NIST科学家改造了一种最初由NASA用于组装天基和地基天文系统大型超稳定光学结构的技术。该方法名为氢氧化物催化键合（HCB），能够在光纤与光子芯片之间形成一种无机的、类似玻璃的化学键。该工艺不使用胶水，而是借助微量氢氧化钠溶液在分子层面融合表面，从而形成坚固且稳定的连接。

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来源：NIST；内容经中文翻译改写，采集时间：2026-08-25 19:50:48。

(责任编辑：标准科技参考)