硅光子終極目標(biāo)單片集成 中國(guó)尚無(wú)工藝平臺(tái)

　　在日前舉辦的“光纖通信50年高峰論壇”上，一篇由浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院副教授余輝、浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師楊建義合著的文章得到披露。文章表示，當(dāng)前短距離光互聯(lián)主要采用VCSEL技術(shù)，隨著傳輸距離超過(guò)1公里，以及傳輸速率超過(guò)100Gb/s并逐漸進(jìn)入Tb/s的范圍，基于單模光纖的硅光子技術(shù)在成本、功耗以及帶寬上逐漸顯示出了明顯的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)波分復(fù)用，硅光子技術(shù)可將光互聯(lián)的帶寬提升到空前的水平。

　　正因?yàn)槿绱耍澜绺鲊?guó)包括學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的許多機(jī)構(gòu)均對(duì)硅光互聯(lián)技術(shù)展開了廣泛的研究。不少公司已經(jīng)或者正在推出相關(guān)產(chǎn)品。目前研究的重點(diǎn)已經(jīng)從單個(gè)硅光器件功能的實(shí)現(xiàn)和性能的提高，轉(zhuǎn)移到硅光工藝平臺(tái)(platform)的建設(shè)，以及高速收發(fā)模塊(transceiver)的開發(fā)。

　　文章指出，利用CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝線在SOI襯底上制作硅基集成光路，目前手段和技術(shù)均已經(jīng)十分成熟。除激光器暫時(shí)還無(wú)法以CMOS兼容的方式進(jìn)行單片集成，基于硅波導(dǎo)的其他器件，包括無(wú)源波導(dǎo)、波分復(fù)用器件、調(diào)制器、探測(cè)器的性能均已經(jīng)十分成熟。但是，集成光路與集成電路在襯底材料、特征尺寸、具體制造工藝等方面均存在較大的差異，因此目前光路與電路的集成常常通過(guò)混合集成的方式進(jìn)行。即光芯片與電芯片在各自的平臺(tái)上進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)與制造，再通過(guò)wire-bonding或flip-chip bonding的方式組裝。

　　混合集成的優(yōu)勢(shì)是靈活度高，前期工藝成本低，工藝升級(jí)方便，并且鍵合技術(shù)的進(jìn)步也在使得其成本和寄生效應(yīng)不斷降低。但混合集成的弊端在于光芯片與電芯片之間的鍵合會(huì)引起寄生效應(yīng)，以及昂貴的后期封裝成本。同時(shí)，由于整體性能測(cè)試只能在光芯片與電芯片各自解理并最終組裝之后才能進(jìn)行，大大增加了測(cè)試成本。光路與電路的單片集成方案則可解決以上問(wèn)題，毫無(wú)疑問(wèn)，光路與電路的高性能低成本單片集成一直代表著硅基光子學(xué)發(fā)展的終極目標(biāo)。

　　目前利用硅光技術(shù)進(jìn)行光收發(fā)模塊開發(fā)的公司已有十幾家，相關(guān)產(chǎn)品在主要技術(shù)指標(biāo)上已經(jīng)日趨成熟，目前考慮更多是如何降低成本以提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，滿足市場(chǎng)需求。文章在介紹相關(guān)硅光子產(chǎn)品時(shí)，并沒(méi)有提到一家中國(guó)公司，可見國(guó)內(nèi)在硅光子領(lǐng)域的大大落后。

　　中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所副所長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師祝寧華也在論壇上表示，盡管中國(guó)在光子集成領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些成果，但在光電子器件制造裝備研發(fā)投入分散，沒(méi)有建立硅基和InP基光電子體系化研發(fā)平臺(tái)，芯片流片加工基本都在新加坡、加拿大、荷蘭、中國(guó)臺(tái)灣、德國(guó)等地進(jìn)行。

　　祝寧華指出，光電子器件的核心技術(shù)與制備工藝密切相關(guān)，在外流片導(dǎo)致973和863核心技術(shù)大量流失，我國(guó)在高端信息光電子芯片裝備研發(fā)方面缺乏持續(xù)系統(tǒng)的投入，導(dǎo)致與國(guó)外差距進(jìn)一步加大。