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硅光子学
• A large range of world-class pre-industrialization facilities • High level multidisciplinary expertise and services • A Large portfolio of background IPs • Lower risks in developing breakthrough solutions • Customized innovation projects • A clear intellectual property policy to provide competitive advantage • A complete ecosystem: startups, industrial partners along the whole value chain • Coordination of world-class European projects
TUe 硅激光器
过去 50 年来，世界各地的研究人员一直在寻找制造硅基或锗基激光器的方法。埃因霍温工业大学 (TU/e) 和慕尼黑工业大学 (TUM) 的研究团队与耶拿大学和林茨大学的同事合作，现已开发出一种可以发光的硅锗合金（EMT Fadaly 等人，《六方 Ge 和 SiGe 合金的直接带隙发射》，Nature vol580，p205（2020 年 4 月 8 日）；DOI：10.1038/s41586-020-2150-y）。因此，人们认为，开发能够集成到现有芯片中的硅激光器首次指日可待。硅通常以立方晶格结晶，由于具有间接带隙，这种形式不适合将电子转换为光。研究团队迈出的关键一步是能够利用具有六方晶格的锗和硅生产锗和合金。“这种材料具有直接带隙，因此可以自行发光，”慕尼黑工业大学半导体量子纳米系统教授乔纳森·芬利 (Jonathan Finley) 说道。
硅基光电子学
近半个世纪以来，硅基微电子技术与光纤通信引发了一场影响深远的信息技术革命，将人类社会带入了高速信息时代，对通信容量和速率的需求呈指数级增长，而数据中心和高性能计算则面临着电互连速度、带宽、能耗等瓶颈制约，硅基光电子技术成为突破这些瓶颈的关键技术。硅凭借折射率高、可容纳小型有源元件、与CMOS兼容工艺等优势，可以在微芯片上以低成本、低能耗实现大规模光电集成，成为芯片产业的热门选择。此外，硅基光电子技术还催生了中红外通信、微波光电子学、片上实验室、量子通信、光电计算、芯片级激光雷达等一系列新的研究领域。本期特刊“硅光子学的最新进展”涵盖了该领域器件和应用的最新发展。本期特刊包含五篇评论文章和四篇原创研究文章，重点关注数据中心相干互连、光电计算、集成量子电路和硅基光电混合集成中的关键器件及其应用。
薄膜硅锂
电磁充当电子和光子学之间的关键桥梁，解锁了从通信和计算到传感和量子信息的广泛应用。综合的电磁方法特别是对光子学的必需电子高速控制，同时为电子产品提供了实质性的光子并行性。在薄膜锂锂光子学中的最新进展已取得了革命性的革命性进步。这项技术不仅提供了必要的强电磁耦合，而且还具有超低光损失和高微波带宽。此外，它的紧密限制和与纳米化的兼容性允许前所未有的可重构性和可扩展性，从而促进了曾经在散装系统中几乎被认为几乎不可能的新颖和复杂的设备和系统的创建。在这个平台上建立了该领域，目睹了各种开创性的电磁设备的出现1-12超过了1-6,9-12的当前状态，并引入了以前不存在3,7,8的功能。这一技术飞跃向前提供了一个独特的框架，以探索各种物理领域，包括光子非热式合成维度13-15，主动拓扑物理学16,17和量子电动镜12,18-20。在这篇综述中，我们介绍了电探针的基本原理，即基本科学与技术前沿之间的联系。我们讨论了由薄膜Niobate平台启用的综合电视的成就和未来前景。
硅光子学
e x Cote s ummary the Art Silicon Photonics是光子综合电路（PICS）的有吸引力的技术，因为它直接建立在硅纳米电子世界的极端成熟基础上。因此，它以非常高的收率和低成本的方式打开了通向非常高级照片的路线。更准确地说，硅光子图片如今在200和300mm CMOS铸造厂的商业生产中，具有NM级别的精度和可重复性，从光子学的角度来看是前所未有的。基本技术利用了硅在绝缘子（SOI）晶圆中，其中硅氧化硅层的硅层上的硅层充当了波导的核心，该波导将芯片上的设备互连。或者，SOI晶片被硅晶片取代，用一堆氮化硅波导核心层包围，被氧化硅覆盖层包围。现在，这种氮化硅图片被认为是硅光子家族的组成部分。在此路线图的单独章节中描述了它们。因此，本章主要关注基于SOI的硅光子学，是硅光子学界的主要方式。值得注意的是，近年来，许多SOI PIC平台添加了第二个光子波引导层，是氮化硅层，从而结合了两种方法的最佳方法，并可以提高设计和增强性能的灵活性。
硅光子学
执行摘要 最新技术摘要 在过去 20 年中，硅光子学已成为光子集成电路 (PIC) 的一项极具吸引力的技术，因为它直接建立在硅纳米电子领域的极度成熟基础之上。因此，它开辟了一条通往非常先进的 PIC 的道路，具有非常高的产量和低成本。更准确地说，今天，硅光子 PIC 正在 200 毫米和 300 毫米 CMOS 代工厂中以纳米级精度和可重复性进行商业化生产，这从光子学的角度来看是前所未有的。基本技术利用绝缘体上硅 (SOI) 晶圆，其中埋氧层顶部的硅层充当连接芯片上器件的波导的核心。由于硅是导光材料，氧化硅是包层，该技术可以解决波长范围约为 1 至 4 m 的应用，从而包括以 1300nm、1550nm 和 1550(+)nm（分别为 O、C 和 L 波段）为中心的非常重要的光纤光谱带。硅光子学已经成为十多家公司（其中大部分是无晶圆厂公司）用于数据中心和电信网络中高数据速率收发器产品的首选技术。总的来说，他们向市场部署了估计数百万个硅光子收发器。大约有 20 个硅光子制造平台（部分为工业平台，部分为支持原型设计和小批量制造的研究机构平台）已经建立，这些平台基于现有基础设施和源自硅电子行业的专有技术（见附录 A1）。典型平台允许集成高速调制器和高速 Ge 探测器，符号率范围为 50 至 100 Gbaud，以及用于光束组合/分裂、波长选择功能、偏振选择功能和片外耦合的高级无源功能。一些平台允许其他功能，例如与高级电子设备的集成（单片或混合）、光源的集成（异构或混合）以及面向传感的功能（例如微流体）。大多数平台的运作方式类似于代工厂：任何最终用户都可以访问它们，无论是全掩模版/全晶圆批次 (FRFL) 模式还是成本分摊多项目晶圆 (MPW) 模式，其中最终用户可以提交部分掩模版的设计，并将收到几十个处理过的芯片而不是完整的晶圆。 FRFL 模式成本高昂（数十万欧元/美元），但每芯片成本较低（每芯片约 10 欧元/美元），而 MPW 模式每设计成本更实惠（数十万欧元/美元），但每芯片成本约 1000 欧元/美元。当扩展到更高产量（例如 1000 片晶圆）时，芯片成本可降至每芯片 1 欧元/美元以下，因为固定掩模和间接成本在整个批次中摊销。当代工厂基础设施的投资已经折旧或与其他用户共享时，较低的单芯片成本也会受益。芯片代工厂向其客户提供工艺设计套件 (PDK)。这些 PDK 详细说明了给定平台的设计规则，并包含基本组件和电路库。硅光子学 PDK 的成熟度尚未达到 CMOS IC 代工厂的水平。今天，硅光子学 PDK 仅包含非常基本的构建模块库，特别是对于 MPW 操作模式。未来的硅光子学 PDK 必须包含组件和电路的紧凑模型，其参数基于经过验证的测量数据，并考虑到晶圆之间和晶圆之间的工艺变化。