硅光時代臨近 芯片技術(shù)持續(xù)提升

　　硅光子技術(shù)是基于硅材料，利用現(xiàn)有CMOS工藝進(jìn)行光器件開發(fā)與集成的新一代通信技術(shù)。硅光子技術(shù)的核心理念是“以光代電”，將光學(xué)器件與電子元件整合到一個獨(dú)立的微芯片中，利用激光作為信息傳導(dǎo)介質(zhì)，提升芯片間的連接速度。

　　硅光時代臨近，芯片集成度有望大幅提升

　　近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用的快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)流量呈快速增長態(tài)勢，對傳輸?shù)男枨笠仓饾u提升。目前，傳統(tǒng)光模塊主要利用III-V族半導(dǎo)體芯片、電路芯片、光學(xué)組件等器件封裝而成，本質(zhì)上屬于“電互聯(lián)”范疇。隨著晶體管加工尺寸逐漸縮小，電互聯(lián)將逐漸面臨傳輸瓶頸。目前，對于傳統(tǒng)的三五族半導(dǎo)體光芯片，25Gbps已接近傳輸速率的瓶頸，進(jìn)一步提升速率需要采用PAM4等技術(shù)。隨著高速光模塊在數(shù)據(jù)中心的大量運(yùn)用，傳統(tǒng)III-V族半導(dǎo)體的光芯片將面臨并行傳輸、三五族磊晶成本高昂等問題。在此背景下，硅光子技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為III-V族半導(dǎo)體之外的一大選擇。

　　在硅光子技術(shù)中，芯片的概念由原先的激光器芯片延伸至集成芯片。從結(jié)構(gòu)上看，硅光芯片包括光源、調(diào)制器、波導(dǎo)、探測器等有源芯片及源芯片。硅光芯片將多個光器件集成在同一硅基襯底上，一改以往器件分立的局面，芯片集中度大幅提升。硅光子技術(shù)主要有以下三大優(yōu)勢：

　　(1)集成度高。硅光子技術(shù)以硅作為集成芯片的襯底。硅基材料成本低且延展性好，可以利用成熟的硅CMOS工藝制作光器件。與傳統(tǒng)方案相比，硅光子技術(shù)具有更高的集成度及更多的嵌入式功能，有利于提升芯片的集成度。

　　(2)成本下降潛力大。在光器件和光模塊中，光芯片的成本占比較高。傳統(tǒng)的GaAs/InP襯底因晶圓材料生長受限，生產(chǎn)成本較高。近年來，隨著傳輸速率的進(jìn)一步提升，需要更大的三五族晶圓，芯片的成本支出將進(jìn)一步提升。與三五族半導(dǎo)體相比，硅基材料成本較低且可以大尺寸制造，芯片成本得以大幅降低。

　　(3)波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異。硅的禁帶寬度為1.12eV，對應(yīng)的光波長為1.1μm。因此，硅對于1.1—1.6μm的通信波段(典型波長1.31μm/1.55μm)是透明的，具有優(yōu)異的波導(dǎo)傳輸特性。此外，硅的折射率高達(dá)3.42，與二氧化硅可形成較大的折射率差，確保硅波導(dǎo)可以具有較小的波導(dǎo)彎曲半徑。