Отключване на следващата ера на фотониката: Как производството на зиркониева-германиева вълновода през 2025 г. ще наруши оптичната комуникация и сензинг – какво не искат да пропуснете индустриалните лидери.

• Резюме: Пазарни фактори и ключови прозорци за 2025–2030
• Преглед на технологиите: Основи на зиркониева-германиева вълновода
• Нови пробиви в методите на производство
• Топ производители и индустриални заинтересовани страни (цитирайки уебсайтове на компании)
• Текущи и нововъзникващи приложения в фотониката и сензинга
• Размер на пазара и прогнози за растеж до 2030 г.
• Конкурентна среда: Иновации, патенти и партньорства
• Предизвикателства във веригата на доставки и суровините
• Регулаторни стандарти и индустриални насоки (напр. ieee.org)
• Бъдеща перспектива: насоки за НИРД и възможности за комерциализация
• Източници и справки

Резюме: Пазарни фактори и ключови прозорци за 2025–2030

Пазарът на зиркониева-германиева (ZrO₂-Ge) вълновода е на път да премине забележителни развития през 2025 г. и последващите години, водени от нарастващите изисквания в фотонната интеграция, следващото поколение оптични комуникации и квантова информация. Основният фактор, който стимулира тази технология, е уникалната комбинация от високия индекс на пречупване на зиркония, термичната стабилност и ниските оптични загуби, с благоприятните електрооптични и нелинейни свойства на германий. Тези характеристики позиционират ZrO₂-Ge вълноводи като обещаващи кандидати за напреднали фотонни схеми и средно инфрачервени приложения.

През последните години бяха постигнати значителни напредъци в прецизното производство на ZrO₂-Ge вълноводи. Водещи производители на керамични материали и фотонни субстрати, като Tosoh Corporation и CoorsTek, продължават да подобряват своите способности за производство на високопурни зиркониеви субстрати. Тези напредъци са от съществено значение за постигането на ниски недостатъци и високоподравнени филми, необходими за ефективна работа на вълновода. В същото време, техниките за интеграция на германий – особено тези, използващи химично парно осаждане (CVD) и йонна имплантация – се усъвършенстват от специализирани доставчици и научни институти в Азия, Северна Америка и Европа.

Ключовите процеси, включително атомно слойно осаждане (ALD), импулсно лазерно осаждане (PLD) и напреднала литография, се очаква да намерят по-широко приложение, позволявайки мащабно и икономически ефективно производство на ZrO₂-Ge вълноводи. Доставчици на оборудване като Lam Research и Applied Materials активно сътрудничат с производители на фотоника, за да персонализират инструменти за осаждане и ецване за тези нововъзникващи материали. Това синергия ускорява прототипирането и подготвя пътя за фабрикация в търговски мащаби.

Тласкането за интеграция с платформите на силициевата фотоника е друг пазарен катализатор, тъй като производителите на устройства стремят да комбинират ZrO₂-Ge вълноводи с установените процеси, съвместими с CMOS. Тази тенденция се подкрепя от участниците в екосистемата, като Intel, които инвестират в изследвания за хетерогенна интеграция, за да преодолеят предизвикателствата с материалната и процесна съвместимост.

• Пазарни фактори: Нарастващият трафик на данни, търсенето на по-голям капацитет и разширяването на квантови и средно инфрачервени устройства насърчават инвестиции и НИРД в технологията ZrO₂-Ge вълноводи.
• Ключови прозорци: Продължаващите подобрения в осаждането, патрьоризацията и интеграцията се очаква да намалят разходите и да увеличат добивите, правейки търговското внедряване по-реално след 2025 г.
• Перспектива: С увеличаването на производството и подобряването на качеството на материалите, ZrO₂-Ge вълноводи са позиционирани да играят жизненоважна роля в устройствата за фотоника от следващо поколение, като периодът 2025–2030 вероятно ще види първоначално търговско приемане и разширени изследователски сътрудничества.

Преглед на технологиите: Основи на зиркониева-германиева вълновода

Производството на зиркониева-германиева (ZrO₂-Ge) вълноводи се утвърдява като напреднал подход към интегрираната фотоника, използвайки уникалната комбинация от високия индекс на пречупване на зиркония, химическата стабилност и механичната здравина с благоприятните оптични свойства на германий в близките и средно инфрачервените спектрални области. Към 2025 г. технологичният ландшафт е съсредоточен върху оптимизирането на процесите на осаждане, патрьоризация и отгряване, за да се осигурят ниско-загубни, високо-надеждни фотонни компоненти, предназначени за комуникация с данни, сензинг и квантови приложения.

Съвременните техники на производство обикновено започват с осаждането на тънки филми, било чрез атомно слойно осаждане (ALD) или спътриране, за постигане на равномерни зиркониеви покрития върху силициеви или силициево-диоксидни субстрати. ALD предлага прецизен контрол върху дебелината и състава на филма, което е от съществено значение за настройване на индекса на пречупване и минимизиране на оптичните загуби. Германий може да се интегрира посредством съпътстващо спътриране или последващо епитаксиално израстване, позволяващо настраиваемост на оптичния прозорец на вълновода, особено за разширяване на предаването в средно инфрачервения диапазон. Няколко индустриални лидера в осаждането на тънки филми, като ULVAC и Oxford Instruments, активно напредват ковнекциа на оборудването, което поддържа тези сложни много-материални слоеве.

Литографската патрьоризация, често използваща дълбока ултравиолетова (DUV) или електронно-лъчева литография, определя геометрията на вълноводите с нанометрова прецизност. Процесите на сухо ецване, включително реактивно йонно ецване (RIE), се оптимизират, за да поддържат гладки странични стени и остри интерфейси, които са от съществено значение за минимизиране на загубите от разсейване. Lam Research и Applied Materials са водещи доставчици на технология за ецване, широко прилагана в производството на фотонни устройства.

Критично предизвикателство през 2025 г. остава интеграцията на зиркония и германий с съществуващите платформи за силициева фотоника. Усилията са насочени към намаляване на несъответствието в топлинното разширение и интерфейсните дефекти, като протоколите за отгряване след осаждане са в процес на усъвършенстване, за да се намали кристалографският стрес и да се подобрят интерфейсите на материалите. Изследователите също така проучват директно свързване и бърза термична обработка за подобряване на добивите и производителността.

В бъдеще, перспективите за производството на зиркониева-германиева вълновода изглеждат обнадеждаващи. Следващите години вероятно ще видят появата на мащабируеми пилотни производствени линии, с инвестиции от основни фотонични фабрики и доставчици на материали. Компании като Lumentum и ams OSRAM разширяват своите възможности в напреднала фотонна интеграция, което може да ускори комерсиализацията и разширяването на приложенията. С подобряването на контрола на процесите и качеството на материалите, ZrO₂-Ge вълноводи са на път да играят важна роля в еволюцията на интегрираната фотоника за 800G/1.6T връзки с данни, фотоника от следващо поколение LiDAR и средно инфрачервена спектроскопия.

Нови пробиви в методите на производство

Периодът преди 2025 г. е довел до значителни напредъци в производството на зиркониева-германиева (ZrO₂-Ge) вълноводи, водени от търсенето на интегрирани фотонни устройства с висок контраст на индекса на пречупване и надеждна термична стабилност. Един от най-забележителните пробиви е усъвършенстването на техниките на атомно слойно осаждане (ALD) и импулсно лазерно осаждане (PLD), които позволяват прецизен контрол върху дебелината на филма и стехиометрията – критични фактори за минимизиране на оптичните загуби във вълноводите.

През 2023 и 2024 г. изследователски групи успешно демонстрираха използването на ALD с ниска температура за нанасяне на аморфни зиркониеви филми директно върху германиеви субстрати. Този подход адресира предишни проблеми с несъвместимост между решетките и интерфейсната дифузия, довеждайки до по-висококачествени интерфейси и подобрени оптични свойства. Тези напредъци бяха подкрепени от наличието на високопурни прекурсори на зиркония от индустриалните доставчици, като American Elements и ALFRED METALS, които разшириха своето портфолио от зиркониева материал, предназначен за фотонни приложения.

На фронта на производството, фотолитографията в комбинация с сухо ецване, особено индуктивно свързано плазмено (ICP) техники, е позволила патрьоризацията на субмикронни структури ZrO₂-Ge с намалена грубост на страничните стени. Лидерите на оборудването, като Lam Research и Applied Materials, съобщават за текущи подобрения в равновесието на ецва и селективността за сложни оксидно-наполовин стеки, правейки мащабното производство на сложни геометрии на вълноводи все по-реално.

Друг забележителен напредък е интеграцията на химическо-механично полиране (CMP) за постигане на свръх-гладки повърхности, които са от съществено значение за намаляване на загубите на разпространение в пасивните фотонни вериги. Компании, като Entegris, са пуснали нови формулировки на суспензии, специално оптимизирани за твърди оксидни материали, като зиркония, което улеснява преминаването от лабораторни демонстрации до пилотни производствени линии.

Наблюдавайки следващите години, колаборации между фотонни фабрики и доставчици на материали се очаква да ускорят комерсиализацията на ZrO₂-Ge вълноводи. Например, LioniX International, признат играч в персонализирането на производството на фотонни чипове, е изразил интерес към интегрирането на материали с високи индекси на пречупване за устройства от следващо поколение, което намеква за по-широко приемане в квантовите, сензорните и дата-ком полета. Имайки предвид тези тенденции, перспективите за производството на зиркониева-германиева вълновода до 2025 г. и отвъд това изглеждат обещаващи, основани на продължаващи подобрения в осаждането, патрьоризацията и технологиите за довършителни повърхности.

Топ производители и индустриални заинтересовани страни (цитирайки уебсайтове на компании)

Ландшафтът на производството на зиркониева-германиева вълновода през 2025 г. е характеризирано от сблъсък на напреднало инженерство на материали, фотонна интеграция и стратегически индустриални партньорства. Уникалните свойства на зиркония (ZrO₂) – забележимо висок индекс на пречупване, широка забранена зона и отлична термична стабилност – в комбинация с установената роля на германий в фотодетекторите и средно инфрачервената фотоника, са позиционирали тази материална система на преден план на интегрираната оптика от следващо поколение.

Основните производители и индустриални заинтересовани страни в този сектор са в основната си част от утвърдени лидери в керамични материали, фотонни фабрики и производство на полупроводникови устройства:

• Tosoh Corporation е сред най-големите производители на напреднали зиркониеви прахове и керамика в света, предоставяйки високопурни материали за електронни и фотонни приложения. Нейните материали са основополагащи за технологии с тънки филми и плоски вълноводи и те често се цитират като предпочитан доставчик за научни изследвания и индустриално производство.
• Materion Corporation предлага инженерни напреднали материали, включително специални състави на зиркония и свързани оксиди, насочени към производителите на оптоелектронни устройства с строги изисквания за чистота и микроструктура.
• Corning Incorporated е известна със своите иновации в специализираното стъкло и керамика. Експертизата на Corning в прецизни стъклено-керамични субстрати и вълноводни платформи е използвана в съвместни усилия за разработване на мащабируеми методи за интеграция на зиркония-германий.
• ams-OSRAM AG е световен лидер в сферата на фотониката и интеграцията на полупроводници. С акцент върху силициевата фотоника и хибридната интеграция, компанията активно разработва процеси за интегриране на нови материални системи – като зиркония-германий – в напреднали оптични модули.
• Coherent Corp. предлага поредица от фотонни материали и услуги за прецизно производство, подкрепяйки прототипирането и пилотното производство за устройства, базирани на вълновод.
• Oxford Instruments plc предоставя оборудване за осаждане и ецване, критично за производството на висококачествени вълноводи, поддържайки интеграцията на зиркониеви и германиеви слоеве върху силиций и други субстрати.

Перспективата за производство на зиркониева-германиева вълновода през следващите години е оптимистична, подхранвана от търсенето на високопроизводителни фотонни чипове в комуникацията с данни, LIDAR и сензинг. Стратегическите колаборации между доставчици на материали, фабрики и системни интегратори се очаква да ускорат комерсиализацията на тези хибридни платформи. Индустриалните тенденции също показват натиск към превръщането в по-скалируеми и съвместими с CMOS процеси, като ключови играчи инвестират в НИРД за усъвършенстване на осаждането, патрьоризацията и интеграционните технологии за масово производство.

Текущи и нововъзникващи приложения в фотониката и сензинга

Производството на зиркониева-германиева (ZrO₂-Ge) вълноводи нараства в фотонните и сензорни сектори, водена от уникалните материални свойства и последните напредъци в осаждането на тънки филми и нанофабрикацията. През 2025 г. сблъсъкът на високия контраст на индекса на пречупване, ниските загуби на разпространение и съвместимостта с съществуващите силициеви платформи е позиционирал ZrO₂-Ge вълноводи като обещаващи кандидати за оптични интегрирани схеми от следващо поколение.

Последните усилия за производство на вълноводи се фокусират върху използването на атомно слойно осаждане (ALD) и магнетронно спътриране за постигане на свръх-гладки ZrO₂ филми върху германиеви субстрати. Тези методи позволяват прецизен контрол върху дебелината на филма и състава, което е критично за минимизиране на загубите от разсейване и увеличаване на добива на устройства. Компании, като Oxford Instruments и Plasma Process Group предлагат напреднало оборудване за ALD и спътриране, улеснявайки възпроизведимия растеж на ZrO₂ слоеве с под-нанометрова грубост, което е от съществено значение за високопроизводителните оптични вълноводи.

От страна на германий, доставчици на пластини, като ACI Alloys и Umicore, предоставят високопурни Ge субстрати, подкрепящи интеграцията на ZrO₂ филми за подобрена функция на вълновода, особено в средно инфрачервения диапазон. Силната абсорбция на германий под 2 µm и прозрачността до 16 µm го правят идеална платформа за средно-IR фотонни устройства, област с значителен интерес за екологичен сензинг, медицински диагностици и комуникации на свободно пространство.

Що се отнася до прототипирането на устройства и малко серийно производство, фабриките, като LioniX International и Lumerical (сега част от Ansys), разработват процеси, пригодени за интеграция на ZrO₂-Ge, позволявайки бърза итерация и персонализирани геометрии за изследване и комерсиална демонстрация. Техните производствени способности включват електронно-лъчева литография и реактивно йонно ецване, осигурявайки висока резолюция на патрьоризацията и вертикални странични стени – ключови фактори за работа на вълновода с ниски загуби.

В поглед напред, в следващите години се очаква да се разширят приложенията на ZrO₂-Ge вълноводи в спектроскопски сензори, настраиваеми филтри и нелинейна фотоника. Съвместни проекти между водещи фотонни компании и изследователски институти целят мащабируеми производствени маршрути и монолитна интеграция с други материали, като силициев нитрид и индиев фосфид. С продължаващите подобрения в равновесието на осаждането и селективността на ецването, специалисти очакват, че ZrO₂-Ge вълноводи ще играят жизненоважна роля в интегрираната фотоника за средно IR до 2027 г., поддържайки ново поколение решения за сензинг и комуникация на чипа.

Размер на пазара и прогнози за растеж до 2030 г.

Пазарът за производството на зиркониева-германиева (ZrO₂-Ge) вълноводи в момента е в начален етап, с прогнози за растеж, които са силно свързани с напредъка в интегрираните фотонни схеми, квантовата обработка на информация и оптичните комуникации с висока скорост. Към 2025 г. търговското внедряване остава ограничено, но стратегическите инвестиции и пилотното производство от водещи играчи в областта на фотониката и материалите сигнализират за непосредствени промени към по-широко приемане.

Глобално, секторът на фотонните компоненти – включително вълноводите – е наблюдавал стабилно разрастване, подхранвано от нарастващото търсене в центрове за данни, телекомуникации и мрежи от сензори. Зиркониева-германиева вълновода привлича внимание заради благоприятния си контраст на индекса на пречупване, термичната стабилност и ниските оптични загуби, позволяващи по-плътна интеграция и увеличена производителност в сравнение с традиционните силициеви или силициево-диоксидни вълноводи. Водещи компании, като CoorsTek, значителен производител на керамика, и Umicore, специалист в германийните продукти, са позиционирали себе си за потенциални роли във веригата на доставки, въпреки че производството на вълноводи в мащаб все още е предимно в етап на НИРД.

Индустриалните инициативи през 2025 г. включват производствени проби и съвместни проекти между доставчици на материали и интегрирани фотонни фабрики. Например, imec – водещ иновационен и изследователски хъб в наноелектрониката и цифровите технологии – е подчертал обещанията на напредналите материали в дизайна на вълноводи от следващо поколение, подкрепяйки усилията за ранно мащабиране за ZrO₂-Ge структури. В допълнение, изследователските консорциуми и индустриално-академичните партньорства ускоряват преноса на знания и оптимизацията на процесите, което показва готовността за пилотно производство до 2026-2027 година.

Прогнозите за пазара на производството на зиркониева-германиева вълновода до 2030 г. предвиждат годишен ръст (CAGR) над този на по-широкия пазар на интегрирани фотонни схеми, който се прогнозира в диапазона на високите единични до ниските двойни цифри. Това е обусловено от преодоляване на текущите предизвикателства в производството – като качество на интерфейса, равномерност на осаждането и съвместимост на интеграцията – на които няколко компании активно се справят чрез собствени усъвършенствания на материалите и прецизно инженерство на процесите.

До края на 2020 г. увеличеното приемане се очаква в платформите за квантови изчисления, високоскоростни трансивери и напреднали сензорни системи. С формирането на зрели вериги за доставки около специализирани керамики и високопурен германий, заинтересованите страни като CoorsTek и Umicore вероятно ще играят основни роли. Перспективите за производството на зиркониева-германиева вълновода изглеждат обнадеждаващи, с следващите пет години, бележещи преход от лабораторни демонстрации към търговска жизнеспособност и ранно проникване на пазара.

Конкурентна среда: Иновации, патенти и партньорства

Конкурентната среда за производството на зиркониева-германиева вълновода през 2025 г. е характеризирана от бум на иновациите, силна патентна активност и създаването на стратегически партньорства между ключови индустриални играчи и изследователски институции. Този сектор е подпомаган от растящия интерес за високопроизводителни фотонни устройства в телекомуникациите, сензинга и нововъзникващите квантови технологии.

Няколко компании, специализирани в напреднали материали и фотонни компоненти, като Corning Incorporated и SCHOTT AG, активно изследват нови методи на производство за подобряване на интеграцията и производителността на зиркониева-германиева вълновода. Тези компании разполагат със значителен опит в обработката на стъкло и керамика, като ги позиционират на преден план на мащабното производство и надеждността на устройствата.

Патентните заявки, свързани с конструкции на зиркониева-германиева вълновода и производствени процеси, са се увеличили стабилно от 2022 г. насам. Списанията на Европейското патентно ведомство (EPO) и на Службата за патенти и търговски марки на САЩ (USPTO) показват значително увеличение на приложенията от утвърдени фирми и академични стартиращи компании, отразявайки състезанието да се осигури интелектуална собственост в методи, които адресират минимизирането на загубите, стабилността на интерфейса и масовата производимост. Например, последните патенти се фокусират върху техники на съпътстващо спътриране, методи на отгряване с ниска температура и хибридни интеграционни методи за оптимизиране на контраста на индекса на пречупване и загубите на пропаганда в вълноводите.

Съвместните изследователски инициативи между университетите и индустрията също нарастват. Водещи академични партньори, често подкрепяни от правителствени иновационни грантове, работят в тясно сътрудничество с производителите на компоненти, за да преодолеят разликата между лабораторни прототипи и търговско производство. Значителната роля на консорциумите, като Европейския фотоничен индустриален консорциум (EPIC), е в подкрепа на предконкурентното сътрудничество и обмен на знания между заинтересованите страни, ускорявайки времето за навлизане на технологиите за зиркониева-германиева вълновода на пазара.

Що се отнася до партньорствата, 2025 г. е много вероятно да види разширяване на алиансите между доставчици на специални материали, като Ferro Corporation (лидер в керамичните материали) и фотонни фабрики, с цел разработване на персонализирани процеси на осаждане и решения за опаковане. Тези сътрудничества са от съществено значение за справяне с предизвикателства като несъответствието в топлинното разширение и осигуряване на дълговечност на устройствата в изискващи приложения.

В поглед напред, конкурентната среда вероятно ще остане динамична, с акцент върху собствени разработки на процеси, партньорства в екосистемата и патентно основана диференциация. Компаниите, които могат да демонстрират надеждност, мащабируемост и интеграция с съществуващите платформи на силициевата фотоника, са добре позиционирани да се възползват от новопоявяващите се възможности в високоскоростната комуникация, оптичните изчисления и напредналите сензорни пазари.

Предизвикателства във веригата на доставки и суровините

Производството на зиркониева-германиева вълновода през 2025 г. се оформя от еволюиращите предизвикателства във веригата на доставки и суровините, отразяващи нарастващото търсене на напреднали фотонни компоненти и сложностите, свързани с набавянето на високопурни материали. Зиркония (ZrO₂) и германий (Ge) са двата критични материала в разработката на ниско-загубни, висококонтрастни вълноводи за интегрирана оптика, но всеки от тях представя различни въпроси за доставките.

Зиркония, ценена за широка забрана и термична стабилност, основно се добива от минерални пясъци и се обработва в високопурни прахове и керамика. Основни производители като Kenmare Resources и Iluka Resources доминират в глобалното добиване на комбинации (предшественик на зиркония), особено в Австралия и Африка. Стъпките за пречистване, необходими за производство на оптично-качество зиркония, остават енергийно интензивни, а ценовата волатилност се е увеличила в последните години, поради повишеното търсене от сектора на електрониката и керамиката. През 2024 г. и в 2025 г. индустрията е свидетел на интермитентни ограничения на предлагането, усложнени от логистични проблеми и геополитически несигурности в ключови мини. Тези прекъсвания принуждават производителите да търсят вторични доставчици и да инвестират в инициативи за рециклиране, за да стабилизират наличността на суровини.

Германий, основен заради високия си индекс на пречупване и прозрачността в средно инфрачервения диапазон, преобладаващо се получава като страничен продукт от обработката на цинкова руда. Предлагането е географски концентрирано, с Teck Resources (Канада) и Umicore (Белгия) сред малкото ключови рафиниратори, произвеждащи високопурни германиеви съединения. Пазарът остава стегнат, тъй като търсенето на германий в фотониката и полупроводниците (както и в оптиката с военова степен) нараства, докато предлагането е ограничено от ограниченото разширяване на добиването на цинк. През 2025 г. Европейският съюз и САЩ идентифицират германий като критичен суровинен материал, засилвайки усилията за диверсификация на източниците и насърчаване на рециклирането, за да се намали зависимостта от внос.

За производството на вълноводи, както зиркония, така и германий трябва да отговарят на строги стандарти за чистота, тъй като следи от замърсители могат значително да увеличат оптичните загуби. В резултат на това, веригата на доставки за тези материали е характерна с близки отношения между миннодобивни компании, специализирани химически рафинати и производители на фотоника. Компании, като Materion, са разработили специализирани вериги за доставки за високопурни оксиди и полупроводници, като същевременно партнират с академични и индустриални консорциуми за подобряване на добивите на материалите и намаляване на замърсителите.

В поглед напред, индустрията очаква продължаващо натиск върху разходите за суровини и наличността до 2026 г., особено тъй като новите приложения в квантовата фотоника и телекомуникацията предизвикват растеж на търсенето. Стратегическото складиране, инвестиции в технологии за рециклиране и споразумения за доставки с основните производители вероятно ще оформят стратегиите за набавяне на зиркониева-германиева вълновода през следващите години.

Регулаторни стандарти и индустриални насоки (напр. ieee.org)

Регулаторният ландшафт и индустриалните насоки, свързани с производството на зиркониева-германиева вълновода, е в процес на развитие като отговор на бързия напредък във фотонната интеграция и нарастващото търсене на нови материали за оптични устройства от следващо поколение. Към 2025 г. спазването на установени стандарти е критично за производителите, за да осигурят съвместимост на устройствата, безопасност и дългосрочна надеждност, особено тъй като вълноводите на зиркония и германий приближават по-широкото търговско приемане.

Повечето протоколи за производство и тестване на фотонни вълноводи – включително тези, използващи зиркония и германий – са основани на международни стандарти, установени от органи, като IEEE, Международната електротехническа комисия (IEC) и Международния съюз по далекосъобщения (ITU). Тези организации отговарят за определянето на най-добрите практики за чистота на материалите, размерни толеранси, характеристики на оптичните загуби и екологична стабилност. Например, стандартите IEEE 802.3 и IEC 60793 определят основни изисквания за компоненти за оптични комуникации, включително устройства на базата на вълноводи.

Уникалните свойства на композитите от зиркония и германий – като висок контраст на индекса на пречупване и стабилност при повишени температури – предизвикаха технически работни групи в IEEE и IEC да преразгледат и актуализират стандартите за изпитване на оптична атенюация, загуба при вмъкване и механична надеждност, специфични за тези материали. В началото на 2025 г. съвместни работилници между органите, отговорни за стандартите, и лидери в индустрията, включително известни производители на вълноводи и доставчици на материали, се фокусират върху хармонизирането на определенията за плътност на дефектите, грубост на повърхността и качество на свързването в платформите на зиркония-германий. Целта е да се осигури новите устройства да отговарят на изискванията и на старите системи, и на спецификациите на мрежите от следващо поколение.

Регулаторният контрол в процеса на производство подчертава проследимостта на суровините и спазването на стандарти за екологична безопасност, особено RoHS (Директива за ограничаване на опасни вещества) и REACH (регистрация, оценка, разрешаване и ограничаване на химикали). Водещите доставчици – като Tosoh Corporation за зиркониеви прахове и Umicore за германий – са приели сертифицирани по ISO 9001 системи за управление на качеството и редовно предоставят документация, подкрепяща регулаторната съответствие на фотонно-качествени материали.

В бъдеще, индустриалните консорциуми се очаква да публикуват по-грануларни насоки, специфични за хибридните вълноводни материали, отразявайки растящото внедряване на решения на зиркония-германий в центрове за данни, сензинг и квантова фотоника. Продължаващото разработване и очакваната ратификация на нови стандарти на IEEE и IEC до 2026 г. ще уточнят допълнително метричните тестове и протоколите за одобрение, подкрепяйки безопасната комерсиализация и международното приемане на технологиите на зиркония-германий вълноводи.

Бъдеща перспектива: насоки за НИРД и възможности за комерциализация

Към 2025 г. изследванията и развитието в производството на зиркониева-германиева (ZrO₂-Ge) вълноводи са на критично кръстопът, преминавайки от прототипиране на ранен етап към решения за мащабируемо производство. Високият индекс на пречупване, механичната здравина и химическата стабилност на зиркония, когато се комбинират с благоприятните оптични свойства на германий, дават възможност за производството на устройства за интегрирана фотоника от следващо поколение, с приложения, обхващащи телекомуникации, сензинг и системи за квантова информация.

Последните напредъци в физичното парно осаждане, атомно слойно осаждане и сол-гел методи са позволили прецизно слойно нанасяне и патрьоризация на ZrO₂ и Ge филми върху различни субстрати, включително силиций и стъкло. Ключови играчи в индустрията, като Lumentum Holdings – major supplier на фотонни компоненти и AMETEK (чрез своята дивизия за наука на материалите), инвестират в напреднали инструменти за производство на тънки филми, съвместими със зиркония и германий. Тези усилия са насочени към подобряване на равномерността на вълноводите, намаляване на загубите на пропаганда и подобряване на интеграцията със съществуващите платформи на CMOS.

Съвместните усилия между академичните институции и индустриалните консорциуми, като тези, насърчавани от imec, ускоряват оптимизацията на химията на интерфейса ZrO₂-Ge и процесите на ецване. Особено, откритият иновационен модел на imec подкрепя пилотни производствени линии за нови интегрирани фотонни схеми (PIC), целящи да преодолеят разликата между лабораторни демонстрации и комерсиално производство.

От гледна точка на комерциализацията, перспективата е обещаваща, но зависи от продължаващите напредъци в повторяемостта на процесите и намаляване на разходите. Производителите на устройства се фокусират особено върху използването на зиркониева-германиева вълноводи за оптични свързвания с висока скорост и средно инфрачервен (MIR) сензинг, сектори, прогнозирани да видят значителен растеж до 2028 г. Компании, като Corning Incorporated, водещ производител на специализирано стъкло и керамика, оценяват интегрирането на ZrO₂ филми в своите линии за оптични компоненти, докато EV Group (EVG) предоставя оборудване за наноимпринт литография и свързване на пластини, приспособено към уникалните предизвикателства на ZrO₂-Ge архитектурите.

В бъдеще индустриалните заинтересовани страни предвиждат, че до края на 2020-те години, мащабируемите платформи на ZrO₂-Ge вълноводи ще поддържат хибридна интеграция с лазери и детектори от III-V, позволявайки компактни, високо производителни фотонни модули. Основният фокус на НИРД остава на подобряването на добивите, инженерството на интерфейстта и тестовете за надеждност. С отстраняването на тези пречки, зиркониева-германиева вълновода се очаква да премине от специализирани изследователски устройства до търговски решениия за центрове с данни, екологично наблюдение и на-чип спектроскопия.

Източници и справки

• ULVAC
• Oxford Instruments
• Lumentum
• ams OSRAM
• American Elements
• Entegris
• Materion Corporation
• Coherent Corp.
• Oxford Instruments
• Umicore
• Lumerical
• imec
• SCHOTT AG
• Ferro Corporation
• Teck Resources
• IEEE
• Международен съюз по далекосъобщения
• AMETEK
• EV Group