7/18/2021，光纖在線訊，在今年6月23日到25日的蘇州光連接大會(huì)CFCF2021上，亨通洛克利陳奔博士做了《硅光技術(shù)的進(jìn)展以及在光互連的應(yīng)用》的主題演講。可以說(shuō)為我們完整地梳理了硅光技術(shù)整體的發(fā)展歷程，和基于硅光技術(shù)的關(guān)鍵器件的進(jìn)展，以及面向更廣泛應(yīng)用的可能。以下為陳博士演講的內(nèi)容摘要：





一、硅光的技術(shù)發(fā)展歷程及趨勢(shì)
    簡(jiǎn)單回顧光子集成技術(shù)的發(fā)展歷程，第一代是基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的PLC技術(shù)平臺(tái)；第二代是基于InP磷化銦；第三代就是基于硅光技術(shù)平臺(tái)了；再往下走就到第四代光電集成OEIC。
    宏觀來(lái)看硅光技術(shù)的發(fā)展歷程，已經(jīng)有50年的歷史了，1960~2000年屬于技術(shù)探索期；2000-2008年屬于技術(shù)突破期，以Intel為首的企業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)開(kāi)始發(fā)展硅芯片光學(xué)信號(hào)傳輸技術(shù)；2008年之后我們迎來(lái)了集成應(yīng)用時(shí)期，以Luxtera，Intel，IBM為代表的公司不斷推出商業(yè)級(jí)硅光集成產(chǎn)品，并推出了商用化的硅光模塊產(chǎn)品。
    從應(yīng)用角度來(lái)看，硅光技術(shù)主要有直調(diào)和相干兩類產(chǎn)品路線。硅光模塊僅僅是硅光技術(shù)的一個(gè)中途站，協(xié)同封裝（CPO）直至“one chip”集成才是終極目標(biāo)。

二、硅光關(guān)聯(lián)核心技術(shù)
    硅光的優(yōu)勢(shì)在于低功耗、低成本、尺寸小、高集成、高帶寬且兼容CMOS工藝；材料可支持各種硅基、鍺硅材料；器件層可集成關(guān)鍵的波導(dǎo)，I/O光學(xué)，MUX/DEMUX，調(diào)制器，探測(cè)器等；且應(yīng)用廣泛，包括光通信，光子計(jì)算，激光雷達(dá)，傳感等。

    最重要的是，硅光技術(shù)的整體產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)相對(duì)比較完整，實(shí)現(xiàn)從晶圓制造，流片，外延，EDA，F(xiàn)ab，封裝全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋，且每個(gè)環(huán)節(jié)都有眾多企業(yè)參與。

三、硅光各關(guān)鍵器件
關(guān)鍵器件1：調(diào)制器
    當(dāng)前主流的硅基調(diào)制器有三種類型：硅基Mach-Zehnder調(diào)制器，硅基微環(huán)調(diào)制器和Ge/GeSi單片集成電吸收調(diào)制器。
    硅基Mach-Zehnder調(diào)制器優(yōu)點(diǎn)是有較高的調(diào)制帶寬、可與CMOS工藝兼容、工藝成熟、工作波長(zhǎng)覆蓋O+C波段，硅基MZ調(diào)制器現(xiàn)在用得最多，Intel、Luxtera都做的比較好。
    第二種是硅基微環(huán)調(diào)制器，它的優(yōu)勢(shì)是尺寸小、帶寬大、功耗低，波長(zhǎng)選擇性可實(shí)現(xiàn)片上WMD系統(tǒng)。Luxtera也有相應(yīng)的方案，而更多的公司也看好這個(gè)方案。
    第三種是Ge/GeSi單片集成電吸收調(diào)制器，主要有FKE調(diào)制器和QCSE調(diào)制器兩種，工作波長(zhǎng)主要在O波段。Ge/GeSi調(diào)制器的優(yōu)勢(shì)在于驅(qū)動(dòng)電壓低、插損小、功耗低，對(duì)于CPO是一個(gè)很好的選擇。我個(gè)人認(rèn)為這個(gè)方案更好，我們國(guó)家制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候可以考慮。
    當(dāng)然，還有更多新型材料做的調(diào)制器，包括硅基LiNbO3是比較有希望的一種，其他如硅基石墨烯等等多種新材料仍在研究當(dāng)中。

關(guān)鍵器件2：探測(cè)器
    陳博士重點(diǎn)介紹GeSi波導(dǎo)型探測(cè)器，不論是薄硅還是厚硅相對(duì)都比較成熟，很多公司也開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的商業(yè)化產(chǎn)品。硅基微環(huán)探測(cè)器也是一種，還有硅基混合集成探測(cè)器，都是可兼容COMS工藝，重點(diǎn)是把性能更好。III-V族材料與硅基混合集成的探測(cè)器，二維型材料與硅基集成探測(cè)，仍在研究階段。

關(guān)鍵器件3：激光器與硅光芯片的集成
    眾所周知，由于硅本身不發(fā)光，所以需要考慮采用激光器與硅光芯片異質(zhì)集成，首先需要異質(zhì)外延，其次需要透鏡耦合，工藝復(fù)雜度高，良率不高。有一個(gè)新技術(shù)叫轉(zhuǎn)移壓印，用轉(zhuǎn)移壓印的方式精確地把材料轉(zhuǎn)移到另一種材料上去，據(jù)說(shuō)高精度、低成本，值得關(guān)注。還有晶圓鍵合，芯片級(jí)倒裝焊接等，大規(guī)模集成的話還需探索。

四、光互連應(yīng)用
    當(dāng)前就兩條路：今天是可插拔光模塊，明天就是CPO。可插拔光模塊的工作硅光均可以承接，但硅光的特點(diǎn)是可以走向CPO，所以業(yè)界更多的企業(yè)布局硅光模塊。包括Intel，阿里巴巴(Elenion，海信)，博創(chuàng)等等。亨通洛克利在2020年OFC上推出一款400G DR4的純硅光模塊樣品；2021年發(fā)布了國(guó)內(nèi)首臺(tái)3.2T基于硅光技術(shù)的板上光互聯(lián)工作樣機(jī)，交換芯片與光引擎的協(xié)同封裝，采用外置激光器光源，重用成熟的光模塊硅光芯片設(shè)計(jì)及工藝路線，128路×25Gbps實(shí)現(xiàn)3.2T交換，可擴(kuò)展到512路×100Gbps實(shí)現(xiàn)51.2T交換。

   最后，陳博士介紹了CPO生態(tài)鏈上的玩家， Intel，思科，RANOVUS，博通，還有Rockley和亨通洛克利。Rockley最近被評(píng)為CPO的先驅(qū)，因?yàn)樘岢鯟PO的概念很早，而當(dāng)前行業(yè)仍在變化當(dāng)中，值得業(yè)界關(guān)注。期待硅光技術(shù)在光通信及更多、更好領(lǐng)域獲得應(yīng)用，綻放出更多的花朵。