8/01/2022，光纖在線訊，硅基光子集成在過去十多年內(nèi)得到了飛速發(fā)展，通過硅基光子集成可以將光場緊束縛于微米/納米尺度的芯片結(jié)構(gòu)上。硅基光電子集成技術(shù)利用成熟的微電子互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝設(shè)備，在絕緣體上硅（SOI）上制造用于光通信、光互連和光信號(hào)處理的光電子器件和芯片，可實(shí)現(xiàn)低成本、批量化生產(chǎn)。

目前，硅基光電子集成技術(shù)與器件的發(fā)展前景究竟如何？所面臨的問題與挑戰(zhàn)究竟怎樣解決？它的發(fā)展對傳統(tǒng)的信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)會(huì)造成怎樣的影響？我們應(yīng)該如何抓住機(jī)遇實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展？等等，這些不僅涉及數(shù)據(jù)中心光互連需求、WDM光連接技術(shù)下沉、硅光集成技術(shù)、硅光封裝工藝等核心技術(shù)問題，還和產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)演進(jìn)策略等多方面因素有關(guān)。硅光的投資即是難得的機(jī)會(huì)，也面臨巨大的挑戰(zhàn)。本報(bào)告將詳細(xì)解答。



在第一章首先回顧了半導(dǎo)體微電子芯片的集成與封裝技術(shù)的發(fā)展歷程；詳細(xì)闡述了FlipChip/Bumping、晶圓級WLP、2.5D、3D等新型封裝技術(shù)；為了給硅光集成技術(shù)做好鋪墊，對芯片制造全工藝流程及關(guān)鍵工藝如薄膜沉積與生長、光刻、摻雜、異構(gòu)芯片銅互連等進(jìn)行了詳細(xì)介紹和闡釋。后摩爾時(shí)代SoC芯片繼續(xù)微縮面臨的壓力，提出了研發(fā)突破口為向多維擴(kuò)展要芯片性能的新發(fā)展空間的思路，即采用Chiplet技術(shù)延續(xù)摩爾定律生命力。研究了晶體管演進(jìn)、邏輯與存儲(chǔ)異構(gòu)集成、ASIC交換與光模塊異構(gòu)集成等核心關(guān)鍵技術(shù)。

第二章研究了5G和數(shù)據(jù)中心的新需求，云網(wǎng)融合背景下的新基建需求。分析了通用化、智能化、開放化的WDM技術(shù)創(chuàng)新，以及低成本高速光連接技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)末端下沉的各種關(guān)鍵技術(shù)，包括低成本倍頻技術(shù)、PAM-4、400G、PAM-4直調(diào)直撿、PAM-4+DSP、相干技術(shù)的下沉等。

第三章以硅光芯片集成技術(shù)為核心內(nèi)容，首先回顧了集成光學(xué)、光子學(xué)、硅光學(xué)的發(fā)展歷史，厘清了電子、光子、硅光、硅光子、Si基、PLC、PIC、SOI等名詞的概念和關(guān)系；更進(jìn)一步地，對硅光集成、硅基集成、混合集成、單片集成、光電集成也厘清了它們之間的相互關(guān)系；然后，分別從硅光多維度集成資源、硅光材料、硅光集成元器件等各種角度細(xì)致研究了硅光集成技術(shù)原理、分類特征和應(yīng)用優(yōu)勢。

第四章系統(tǒng)研究了硅光芯片的高級集成技術(shù)及硅光異構(gòu)芯片的先進(jìn)封裝工藝，分別詳細(xì)研究了硅光集成的核心關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，包括：兼容CMOS、SiN新波導(dǎo)材料、光源集成、異構(gòu)集成、異質(zhì)外延生長集成、單片集成等工藝創(chuàng)新；對光源耦合、異質(zhì)鍵合、外延層轉(zhuǎn)移、TSV轉(zhuǎn)接、多維封裝、收發(fā)器單片集成等硅光芯片的新技術(shù)與新工藝原理都進(jìn)行了深入的研究。首次系統(tǒng)分析了CPO概念、原理、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、載板工藝和商用系統(tǒng)開發(fā)創(chuàng)新核心研發(fā)方向；最后對Intel等公司的硅光集成封裝平臺(tái)進(jìn)行了簡要介紹。

第五章將前面兩個(gè)章節(jié)關(guān)于硅光集成技術(shù)與封裝工藝原理全部落實(shí)到高速并行400G光模塊的產(chǎn)品開發(fā)上，著重研究了400G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、封裝規(guī)格、400G硅光光模塊的并行方案設(shè)計(jì)、400G集成封裝工藝、400G光模塊應(yīng)用方案，還詳細(xì)分析了業(yè)界已商用化發(fā)布的400G硅光光模塊產(chǎn)品的優(yōu)化改進(jìn)思路。作為后續(xù)演進(jìn)方向的順延，還研究了800G光模塊的技術(shù)選擇與硅光工藝的實(shí)現(xiàn)方案。

第六章逐一介紹了基于硅光集成技術(shù)制造的各種有源、無源光器件和光芯片。有：光柵、光頻梳、耦合器、微環(huán)諧振器、偏振分束器、多維復(fù)用/交換芯片、各種復(fù)用/解復(fù)用器、MZI/MRR型電光調(diào)制器、硅基調(diào)制器、可重構(gòu)硅光集成器件、光開關(guān)陣列、隔離器……。

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