1月12日消息(水易)今日,由CIOE中國(guó)光博會(huì)與C114通信網(wǎng)聯(lián)合推出的大型研討會(huì)系列活動(dòng)——“2023中國(guó)光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”拉開帷幕。首場(chǎng)“硅光技術(shù)研討會(huì)”上,北京愛杰光電科技有限公司首席科學(xué)家周治平表示,硅基光電子是通信系統(tǒng)小型化的關(guān)鍵技術(shù)。
周治平表示,光電子學(xué)是研究光與電之間的相互轉(zhuǎn)換以及相互作用,并且利用特殊的器件和設(shè)備將他們應(yīng)用起來的一門科學(xué),可以分為無源和有源。集成光路、平面光路、光子集成被歸納為無源光電子;集成電路、光電子學(xué)、光電集成以及硅基光電子學(xué)被歸納為有源光電子。
光電子學(xué)的發(fā)展離不開半導(dǎo)體技術(shù)的支持,在半導(dǎo)體晶體中,人為地?fù)饺胩囟ǖ碾s質(zhì)元素,使其導(dǎo)電性能可控,可以制作出多種電子器件,光電子器件和集成芯片。
與此同時(shí),半導(dǎo)體芯片中光電不分家,電子和光子相互作用:加電可以發(fā)光;光照可以發(fā)電,波導(dǎo)中光子的行為也需要通過與電子的相互作用來有效操控。周治平表示:“硅基光電子學(xué)的意義就在于要加強(qiáng)光電效應(yīng)在硅基微電子芯片中的作用,使之成為硅基光電子芯片。”
對(duì)于硅基光電子的起源,周治平表示,由于硅基光電子主要就是研究芯片,所以要從芯片的起源開始說起。
1950年代,人們開始電子芯片的研究,主要特征是利用電子作為信息載體;1960年代,人們想利用光子作為信息載體來研究光子芯片,但光子之間沒有相互作用,只能提供無源器件;1970年代,人們注意到光電子的相互作用,以III-V 族材料為平臺(tái),打造光電子芯片,是支撐高速通信的關(guān)鍵技術(shù),但成本高,集成度低;1990年代,隨著硅工藝的發(fā)展,人們開始研究將光電器件“硅片化”、與CMOS工藝兼容。
進(jìn)入到21世紀(jì),人們開始以硅材料為平臺(tái),打造硅基光電子芯片,包含前述4種芯片,注重光子和電子的相互作用,強(qiáng)調(diào)大規(guī)模異質(zhì)集成。“硅基光電子芯片是目前半導(dǎo)體芯片發(fā)展的最高級(jí)階段,后摩爾時(shí)代的核心技術(shù),大數(shù)據(jù)時(shí)代的基石。”
周治平介紹,硅基光電子學(xué)Silicon Based Optoelectronics(SBO)是探討微納米量級(jí)光子、電子、及光電子器件在不同材料體系中的新穎工作原理,并使用與硅基集成電路工藝兼容的技術(shù)和方法,將它們異質(zhì)集成在同一硅襯底上,形成一個(gè)完整的具有綜合功能的新型大規(guī)模光電集成芯片的一門科學(xué)。
為什么硅基光電子學(xué)如此重要。周治平表示,通信系統(tǒng)一路走來都有一個(gè)小型化的過程,通過不斷努力把巨型的大型的通信系統(tǒng)縮小,再把小型的通訊系統(tǒng)芯片化。
“小型化一定是通過光電集成來實(shí)現(xiàn)。”周治平介紹,光電集成可以分為單片集成:所有光電器件工藝與CMOS工藝完全兼容;混合集成:多芯片集成,chiplet,3D集成……;異質(zhì)集成:包含其他材料,如III-V和LiNbO等的硅基單片光電集成。
“這三種集成方式各有優(yōu)缺點(diǎn),不過第三種更有發(fā)展空間。”在周治平看來,硅基光電子是通信系統(tǒng)小型化的關(guān)鍵使能技術(shù),能夠使能芯片技術(shù),使能微小系統(tǒng),使能人機(jī)一體化。
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