11/18/2009, 原文鏈接 http://china.nikkeibp.com.cn/news/semi/48866-20091117.html?ref=ML

　　“硅光子掌握著Tbit/秒計(jì)算技術(shù)的關(guān)鍵”（英特爾院士、企業(yè)技術(shù)事業(yè)部光子學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室總監(jiān)馬里奧·潘）。在硅底板上集成光收發(fā)元件和光波導(dǎo)的“硅光子”已成為開發(fā)熱點(diǎn)。最近2～3年間，硅底板上形成的元件在性能方面實(shí)現(xiàn)了飛躍。數(shù)據(jù)傳輸速度有望達(dá)到光布線需要的數(shù)十Gbit/秒水平。 
　　硅光子最快將從2010年代中期起應(yīng)用于板卡間及芯片間的光布線。向LSI芯片內(nèi)部導(dǎo)入光布線的做法預(yù)計(jì)將于2010年代后期啟動(dòng)。 
　　英特爾等LSI巨頭如今面臨的開發(fā)課題是采用什么技術(shù)在硅底板上形成光布線組件——光收發(fā)元件和波導(dǎo)�？梢允褂玫姆椒ò�括利用CMOS工藝集成或利用安裝工藝集成。因此，與光收發(fā)元件和波導(dǎo)單獨(dú)在印刷底板上安裝的方式相比，光布線模塊有望實(shí)現(xiàn)小型化和低成本化。 
　　例如，負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換的光接收元件（光電二極管）安裝面積一般大于1mm見方。如果能夠在硅底板上形成該元件，則安裝面積能夠縮小到小于100μm見方。對(duì)于成本，“為L(zhǎng)SI開發(fā)的低成本制造技術(shù)能夠繼續(xù)發(fā)揮作用”（馬里奧·潘）。 
　　LSI廠商涉足光布線技術(shù)源于光布線向LSI芯片滲透的潮流。將LSI的全局布線更改為光布線能夠提高芯片內(nèi)的信號(hào)傳輸速度并實(shí)現(xiàn)節(jié)能。而現(xiàn)行金屬布線在微細(xì)化的同時(shí)會(huì)出現(xiàn)寄生電阻增大現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸功耗加大�！半y以滿足20GHz以上的要求”（日本東北大學(xué)教授工學(xué)研究系生物機(jī)器人學(xué)專業(yè)小柳光正）。 
　　基于以上原因，日本的半導(dǎo)體尖端技術(shù)公司（Selete）目前正在開發(fā)面向LSI芯片內(nèi)部的光布線技術(shù)。“該技術(shù)將爭(zhēng)取利用2015年左右投入量產(chǎn)的半間距22nm工藝實(shí)現(xiàn)實(shí)用化”（Selete第四研究部NSI計(jì)劃光布線項(xiàng)目項(xiàng)目經(jīng)理、NEC納米電子研究所主任研究員大橋啟之）。 
　　硅光子實(shí)用化面臨的技術(shù)難題在于彌補(bǔ)硅作為光收發(fā)元件材料的缺點(diǎn)。作為光收發(fā)元件材料，硅的很多性質(zhì)低于化合物半導(dǎo)體。 
　　首先，硅擁有間接躍遷型帶結(jié)構(gòu)，難以實(shí)現(xiàn)自主發(fā)光。因此，在硅底板上形成硅激光光源“極其困難”（東京大學(xué)大學(xué)院工學(xué)系研究科教授材料工學(xué)專業(yè)和田一實(shí)）。而且，硅對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)光線透明，即吸收系數(shù)小，難以制成長(zhǎng)波長(zhǎng)波帶的光接收元件。 
　　最近2～3年間，解決以上課題的技術(shù)接連亮相。對(duì)于光布線構(gòu)件，無論是（1）光電轉(zhuǎn)換（光接收）元件、（2）波導(dǎo)、（3）調(diào)制器，還是（4）光源（發(fā)光元件），通往配備硅底板的道路都已暢通。 
　　在硅底板上形成數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)30G～40Gbps的光接收元件已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。這歸功于對(duì)硅的Ⅳ族同族半導(dǎo)體——鍺的利用。 
　　鍺對(duì)光纖通信使用的1.55μm波帶和1.3μm波帶光線擁有大吸收系數(shù)。因此，能夠制成在該波帶效率較高的光接收元件。而且，鍺與CMOS工藝的結(jié)合性好，便于LSI廠商處理。目前，硅鍺已經(jīng)作為L(zhǎng)SI晶體管的應(yīng)變加載材料投入量產(chǎn)，鍺通道晶體管的開發(fā)也在積極開展。 
　　另一方面，在硅底板上形成缺陷少的高品質(zhì)鍺膜曾經(jīng)是棘手難題。其主要原因在于鍺與硅的晶格常數(shù)有4％的差異。到了今天，通過利用硅鍺緩沖層緩和晶格常數(shù)的不匹配、使用低溫生長(zhǎng)的鍺作為緩沖層等方法，在硅底板上形成高品質(zhì)鍺膜成為了現(xiàn)實(shí)。成膜時(shí)產(chǎn)生的位錯(cuò)缺陷可以利用退火處理予以減少。 
　　除改變材料外，采用新工作原理在硅底板上形成光接收元件的行動(dòng)也日趨活躍。利用表面等離子體共振（注2）這一物理現(xiàn)象的光電二極管就是其代表之一。 
　　二極管能夠借助表面等離子體共振加大接收光的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度硅光電二極管。由于其尺寸可以縮小到不足數(shù)μm見方，因此還具有能夠縮短載子前進(jìn)距離、提高工作速度的優(yōu)點(diǎn)。能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)硅光電二極管難以達(dá)到的數(shù)十Gbit/秒的數(shù)據(jù)傳輸。NEC目前正在開發(fā)使用表面等離子體共振的光電二極管，20Gbit/秒的數(shù)據(jù)傳送現(xiàn)已得到驗(yàn)證。（記者：大下 淳一）