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/納米尺度的芯片結構上。硅基光電子集成技術利用成熟的微電子互補金屬氧化物半導體（CMOS）工藝設備，在絕緣體上硅（SOI）上制造用于光通信、光互連和光信號處理的光電子器件和芯片，可實現(xiàn)低成本、批量化生產(chǎn)。

目前，硅基光電子集成技術與器件的發(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)的信息技術和產(chǎn)業(yè)會造成怎樣的影響？我們應該如何抓住機遇實現(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光連接技術下沉、硅光集成技術、硅光封裝工藝等核心技術問題，還和產(chǎn)業(yè)政策、技術演進策略等多方面因素有關。硅光的投資即是難得的機會，也面臨巨大的挑戰(zhàn)。本報告將詳細解答。



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

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技術創(chuàng)新，以及低成本高速光連接技術向網(wǎng)絡末端下沉的各種關鍵技術，包括低成本倍頻技術、PAM-4、400G、PAM-4直調(diào)直撿、PAM-4+DSP、相干技術的下沉等。

第三章以硅光芯片集成技術為核心內(nèi)容，首先回顧了集成光學、光子學、硅光學的發(fā)展歷史，厘清了電子、光子、硅光、硅光子、Si基、PLC、PIC、SOI等名詞的概念和關系；更進一步地，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致研究了硅光集成技術原理、分類特征和應用優(yōu)勢。

第四章系統(tǒng)研究了硅光芯片的高級集成技術及硅光異構芯片的先進封裝工藝，分別詳細研究了硅光集成的核心關鍵技術創(chuàng)新，包括：兼容CMOS、SiN新波導材料、光源集成、異構集成、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、外延層轉移、TSV轉接、多維封裝、收發(fā)器單片集成等硅光芯片的新技術與新工藝原理都進行了深入的研究。首次系統(tǒng)分析了CPO概念、原理、應用系統(tǒng)設計、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進行了簡要介紹。

第五章將前面兩個章節(jié)關于硅光集成技術與封裝工藝原理全部落實到高速并行400G光模塊的產(chǎn)品開發(fā)上，著重研究了400G的技術標準、封裝規(guī)格、400G硅光光模塊的并行方案設計、400G集成封裝工藝、400G光模塊應用方案，還詳細分析了業(yè)界已商用化發(fā)布的400G硅光光模塊產(chǎn)品的優(yōu)化改進思路。作為后續(xù)演進方向的順延，還研究了800G光模塊的技術選擇與硅光工藝的實現(xiàn)方案。

第六章逐一介紹了基于硅光集成技術制造的各種有源、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、多維復用/交換芯片、各種復用/解復用器、MZI/MRR型電光調(diào)制器、硅基調(diào)制器、可重構硅光集成器件、光開關陣列、隔離器……。

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