3/09/2022，光纖在線訊，OFC2022第一天全體大會，來自UCSB的John Bowers教授做當(dāng)今和未來的硅光集成技術(shù)的主題演講。在演講中，Bowers教授提到了好多新概念。編輯把這些概念整理出來和大家一起學(xué)習(xí)。

Optical-frenquency synthesizer 光頻合成器
2018年自然雜志的一篇文章“基于集成光子的光頻合成器”，作者Daryl T. Spencer等，光頻合成器用于從單頻參考源產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的激光，廣泛用于超快研究和計量領(lǐng)域�；�于集成光子技術(shù)的光頻合成器可以縮小傳統(tǒng)光頻合成器的尺寸，功耗和成本。作者采用異質(zhì)集成的III-V、硅可調(diào)激光器，分立的硅芯片上的非線性頻率梳，硅片外的激光器，實現(xiàn)了1550nm，1Hz精度，4THz微波時鐘下可編程。


從混合集成到異質(zhì)集成再到單片集成
硅光的混合集成方案主要包括激光器直接放置（directmounting）技術(shù)和晶圓鍵合技術(shù)。直接放置技術(shù)主要是指采用倒裝焊或貼裝工藝，將預(yù)先制作好的III-V族材料激光器放置在硅光子芯片表面，通過焊球完成電連接，實現(xiàn)光源與硅光波導(dǎo)器件的混合集成。采用晶圓鍵合技術(shù)，人們可將III-V族材料外延層集成至硅波導(dǎo)等硅光器件上方，由III-V族材料產(chǎn)生的光可通過倏逝波耦合的方式進(jìn)入硅光子回路，完成片上光源與硅光子芯片的混合集成。由于鍵合時III-V族材料外延層還未做圖形化，所以鍵合工藝的對準(zhǔn)容差很高，有源區(qū)與下方硅波導(dǎo)的對準(zhǔn)則通過光刻工藝完成，相比倒裝焊等直接放置技術(shù)具有更高的對準(zhǔn)精度。晶圓鍵合技術(shù)主要分為兩類：直接鍵合（directlybonding）與粘結(jié)鍵合（adhesivebonding）。直接鍵合技術(shù)是指不借助粘結(jié)材料，直接將光滑、平整、潔凈的兩晶圓接觸，在界面鍵作用下，兩晶圓間形成牢固結(jié)合。粘結(jié)鍵合是指借助特定的粘結(jié)材料完成晶圓間鍵合的技術(shù)。常見的粘結(jié)材料包括金屬和聚合物，而針對III-V族材料與硅的集成，應(yīng)用最成熟的是基于苯并環(huán)（BCB）輔助的粘結(jié)鍵合技術(shù)。

半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路是將不同工藝節(jié)點(diǎn)的化合物半導(dǎo)體高性能器件或芯片、硅基低成本高集成器件組成芯片（都含光電子器件或芯片）與無源元件（含MEMS）或天線，通過異質(zhì)鍵合或外延生長等方式集成而實現(xiàn)的集成電路或系統(tǒng)。異質(zhì)集成可以融合不同的半導(dǎo)體材料、工藝、結(jié)構(gòu)和元器件或芯片的優(yōu)點(diǎn)。支持應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，如IP 和小芯片（chiplet），以及集成無源器件等新技術(shù)；具有2.5 維或3 維高密度結(jié)構(gòu)。異質(zhì)集成對半導(dǎo)體設(shè)備要求相對比較低，不受EUV 光刻機(jī)限制，因此是“超越摩爾定律”的重要路線之一。

單片集成方案主要指硅上異質(zhì)外延III-V材料激光器。與混合集成光源相比，單片集成方案最主要的優(yōu)勢是其能夠與硅光子工藝同步縮小線寬、提高集成度，在大規(guī)模光子集成芯片的研制中有巨大潛力，這也是硅光子技術(shù)的主要發(fā)展方向。

Smart cut
Smart Cut™是Soitec專有的晶圓鍵合和分離技術(shù)，它能將超薄的晶體材料從一個襯底轉(zhuǎn)移到另一個襯底之上，從而打破原有的物理限制并改變整個襯底行業(yè)的狀況。此項技術(shù)由Soitec與世界領(lǐng)先的微電子研究實驗室法國原子能委員會電子與信息技術(shù)實驗室（CEA-Leti）聯(lián)合開發(fā)，已用于生產(chǎn)全球近100%在售的絕緣硅（SOI）晶圓。

超越傳統(tǒng)的微電子技術(shù)，Smart Cut™技術(shù)就像一把鋒利的納米刀，能夠堆疊非常�。�10-100nm）且均勻的半導(dǎo)體材料晶體層。它打破了原有金屬之間沉積層的限制，同時確保原子網(wǎng)格上各層的厚度均勻一致。

氮化硅和硅光技術(shù)
氮化硅光芯片的襯底是硅，其上是二氧化硅，鍍層使用的材料是氮化硅。氮化硅是一種已在 CMOS 微電子電路中使用的材料，并且在最近十年中廣泛用于構(gòu)建光芯片上的超低損耗微諧振腔和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。利用大馬士革工藝制備的集成氮化硅光路可達(dá)到 0.5 dB 每米光程的超低光損耗，是目前世界上所有集成光學(xué)材料中的最低記錄。

光學(xué)頻率梳
光學(xué)頻率梳是微波光子學(xué)的核心模塊之一，它是一種具有穩(wěn)定重復(fù)率的超短光脈沖，可提供數(shù)百條等距且相干的激光線，能精確對應(yīng)梳齒線的頻率間隔。利用光頻梳，不僅可以制造光原子鐘以精確測量時間，也可以讓光纖通信各通道之間的干擾減少，使單根光纖傳輸?shù)男盘柫吭黾訋讉�數(shù)量級。此外，光頻梳在氣體成分分析、全球定位系統(tǒng) GPS、天體觀測、激光雷達(dá)等技術(shù)上也有廣泛應(yīng)用。

微梳與孤子微梳
“微梳”（microcombs），即一系列平行、低噪音、高度穩(wěn)定的激光線。激光 microcombs 的許多條線中的每一條都可以攜帶信息，廣泛地倍增了單個激光器可以發(fā)送的數(shù)據(jù)量。
Bowers 實驗室與 Kippenberg 實驗室合作，開發(fā)了一個集成的片上半導(dǎo)體激光器和諧振器，能夠產(chǎn)生一個激光 microcombs。發(fā)表在新一期《Science》雜志上的一篇題為《Laser soliton microcombs heterogeneously integrated on silicon》的論文，描述了實驗室在成為第一個實現(xiàn)這一目標(biāo)方面的成功。
孤子微梳（Soliton microcombs）是一種光學(xué)頻率梳，它發(fā)射出相互相干的激光線--也就是說，這些激光線彼此之間處于恒定不變的相位。該技術(shù)被應(yīng)用于光學(xué)計時、計量和傳感領(lǐng)域。最近的現(xiàn)場演示包括每秒多比特的光通信、超快光探測和測距（LiDAR）、神經(jīng)形態(tài)計算和用于行星搜索的天體物理光譜儀校準(zhǔn)

Multirecle 光子
2021年第12期光學(xué)快報上有Warren Jin, Avi Feshali, Mario Paniccia, 和John E. Bowers的文章，指出由于波長限制，光子集成很難像摩爾定律描述的那樣發(fā)展。為此，他們發(fā)展了一種新技術(shù)，通過在相鄰reticle的波導(dǎo)的層疊和展寬實現(xiàn)了錯配的曝光的平滑過渡。文章說相比傳統(tǒng)多模光波導(dǎo)，可以實現(xiàn)50倍的體積縮小。
reticle的定義是圖像平面的一個光學(xué)單元，用于幫助定位或者目標(biāo)測量。最簡單可以就是十字線，也可以是復(fù)雜的圖形。在半導(dǎo)體模板產(chǎn)生中，玻璃或者石英襯底上會有IC的圖像。
https://www.photonics.com/EDU/reticle/d6755