4月12日消息（雋暢）今日，由中國光博會與C114通信網聯合主辦的“2022中國光通信高質量發(fā)展論壇——400G技術專場”順利召開。聯合微電子中心有限責任公司（CUMEC公司）高級工程師邵斯竹應邀出席會議，詳細介紹了硅光技術在數據中心的應用，同時分享了CUMEC公司硅基混合集成創(chuàng)新平臺的最新進展。
多方需求推動硅光高速發(fā)展
當前，數據流量高速增長已成為硅光技術需求的原生動力。數據中心、干線傳輸、城域傳輸三大應用場景均對光器件提出低成本、低功耗、小尺寸的需求，這驅動著光模塊工作速率不斷升級，有力推動硅光行業(yè)的快速發(fā)展。與此同時，來自AI、激光雷達、量子通信、傳感集成等光系統(tǒng)領域的需求也為硅光技術提供了廣闊的發(fā)展機遇。
邵斯竹表示，硅光的優(yōu)勢主要包括集成優(yōu)勢與材料優(yōu)勢。在集成方面，硅光芯片的波導具有較大的折率差，可以很好地限制光場，芯片尺寸能做到很小。相對于分立的器件，硅光芯片的封裝界面減小，可以有效地減少器件與器件之間的封裝工序和損耗，深受復雜系統(tǒng)的青睞。在材料方面，硅材料價格低廉且與CMOS工藝兼容，具有規(guī)模生產的優(yōu)勢，故而穩(wěn)定性好、良率高，大規(guī)模生產能夠有效降低成本。
近年來，硅光應用規(guī)模不斷擴大。2016年，Yole預測2025年硅光市場規(guī)模將超過13億美元，其中超過90%來自數據中心應用。2018年，Yole預測硅光市場規(guī)模將于2024年擴大至41.4億美元。邵斯竹指出，在100G和400G時代，硅光開始滲透，主要聚焦短距和相干領域。800G時代，硅光可實現全應用領域的覆蓋。
應用于數據中心的六類硅光技術
邵斯竹介紹，硅光技術在數據中心的應用主要有六類：
第一類是光源技術。由于硅材料是間接代謝的半導體，在通訊波段不具備發(fā)光能力，量子點結構方案是目前的重要研究方向。量子點的離散分布特點具有更好的未錯容忍度，能夠有效過濾未錯缺陷對有源區(qū)的影響，可以制造高性能的片上光源。
第二類是低損波導技術。低損耗的波導是硅光芯片的核心技術，較大的波導損耗會限制系統(tǒng)的規(guī)模。系統(tǒng)越大，波導損耗的影響就越明顯。
第三類是耦合技術。主要的耦合技術分為光柵耦合和端面耦合，兩類方案各有優(yōu)勢。光柵耦合適用于鏡面及測試，但光學帶寬較小，需要將損耗降至最低，才能滿足波動情況下的光模塊應用。端面耦合的光學帶寬很大，損耗易控，但晶圓級的測試難度較大。
第四類是高速調制技術。2004年Intel公司提出MOS型電光調制器，首次將硅基電光調制器速率提高到Gb/s量級。此后，業(yè)界提出反向偏置的PN結構，消除載流子擴散效應，將調制速率提高到50Gb/s以上。目前，通過PAM4、QAM16等高階調制格式，硅基電光調制器的速率可輕松突破100Gb/s。
第五類是高速解調技術。硅材料對通信波段透明，需要通過硅外延技術實現通信波段的高速探測，當前業(yè)界已經實現100Gb/s以上的探測速率。
第六類是無源器件技術。硅光器件具有“木桶優(yōu)勢”，其各方面能力均衡的特征有利于為混合技術提供平臺。例如，集成電光特性優(yōu)異的磷酸鋰或集成波導損耗和耦合損耗都很小的氮化硅。
CUMEC發(fā)力硅基混合集成技術
“隨著速率不斷提升，電器件的工藝節(jié)點會越來越高，從而導致單片集成的性價比不盡如人意。”邵斯竹表示，“CUMEC公司采用RDL、TSV先進封裝技術，可以將光芯片與電芯片共封裝成任何客戶需要的光電系統(tǒng)，在實現高性能的同時提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性并降低功耗?；旌霞杉夹g將成為前述六類技術外的另一項重要技術。”
據了解，CUMEC公司的工藝線具備光刻、刻蝕、薄膜、擴散四大能力，已經實現硅光工藝PDK開發(fā)以及IPD器件PDK開發(fā)。2021年，CUMEC公司成功推出基于硅光芯片的第一代三維集成PDK，其TSV的1.4dB帶寬大于50GHz，反射小于20dB，傳輸損耗達到國際領先水平。此外，CUMEC公司與合作伙伴展開100G DR1硅光芯片的模塊驗證，測試性能滿足行業(yè)協議，實現了100G DR1芯片的國產化。
硅光技術是我國半導體產業(yè)實現“換道超車”的重要技術手段。CUMEC公司作為重慶市政府重磅打造的國家級、國際化新型研發(fā)機構，旨在構建我國新一代微電子關鍵核心技術自主創(chuàng)新能力，打造集設計、產品和工藝為一體的硅基混合集成創(chuàng)新中心，走超越摩爾定律的發(fā)展路線，成為國際一流、國家級的創(chuàng)新平臺。
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