云計(jì)算與人工智能的普及催生海量數(shù)據(jù)流,推動(dòng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部及跨中心對(duì)超高速、低能耗光互聯(lián)鏈路的需求激增;這類(lèi)鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率必須大幅超越當(dāng)前 200 吉比特每秒(200Gb/s)的通用標(biāo)準(zhǔn)。將新材料異質(zhì)集成至硅光平臺(tái),可打造面向短距、短途互聯(lián)的下一代電光調(diào)制器與光電探測(cè)器。
鈮酸鋰(LiNbO?)是極具代表性的優(yōu)質(zhì)材料,憑借極高的電光系數(shù),非常適配高速光通信系統(tǒng)。另一熱門(mén)材料為鉭酸鋰(LiTaO?),其優(yōu)勢(shì)在于電光穩(wěn)定性?xún)?yōu)異、損傷閾值高且具備紫外透光性,適用于高功率、溫敏場(chǎng)景,以及短波長(zhǎng)工作的光通信設(shè)備。
但兩類(lèi)材料均含鋰元素,難以兼容主流 CMOS 制造工藝;同時(shí),將高速光電探測(cè)器等其他器件與這類(lèi)材料集成,技術(shù)落地難度極大。
為攻克上述難題,業(yè)內(nèi)正在探索多種集成方案。晶圓鍵合技術(shù)雖已在鈮酸鋰器件上實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證,但成本高昂、效率偏低 —— 鍵合后需剝離絕大部分基材,還要增設(shè)大量后續(xù)加工工序。如今,比利時(shí)微電子研究中心(imec)推出微轉(zhuǎn)印技術(shù),可將鈮酸鋰、鉭酸鋰高效異質(zhì)集成至硅光平臺(tái),成為極具潛力的新方案。
全球首創(chuàng):微轉(zhuǎn)印技術(shù)實(shí)現(xiàn)薄膜鈮酸鋰調(diào)制器硅光集成
在本屆歐洲光通信大會(huì)(ECOC)上,imec 與根特大學(xué)團(tuán)隊(duì)展示一項(xiàng)技術(shù)成果:依托全兼容標(biāo)準(zhǔn) CMOS 制程的新型高速集成電路,實(shí)現(xiàn) O 波段 320 吉比特每秒(320Gb/s)無(wú)放大光鏈路,可在 2 公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中穩(wěn)定傳輸。
該成果為全球首創(chuàng),整套驗(yàn)證方案搭配 100 吉赫茲高帶寬鍺光電二極管,通過(guò)微轉(zhuǎn)印工藝將薄膜鈮酸鋰馬赫 - 曾德?tīng)栒{(diào)制器(MZM)集成至 imec 硅光平臺(tái),并與定制行波驅(qū)動(dòng)器、跨阻放大器(TIA)共封裝。
![]()
圖 1:(a) 下一代硅光平臺(tái)架構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖;(b) 硅光子集成電路集成薄膜鈮酸鋰后的實(shí)拍圖,及異質(zhì)電光器件聚焦離子束截面掃描電鏡圖;(c) 鍺硅光電二極管透射電鏡圖,展示深刻硅槽內(nèi)的鍺層生長(zhǎng)結(jié)構(gòu);(d) 鍺光電二極管光電帶寬實(shí)測(cè)曲線。(圖源:imec)
此次突破讓 imec 率先實(shí)現(xiàn)薄膜鈮酸鋰器件與硅光平臺(tái)的無(wú)縫集成。研發(fā)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化迭代全套硅光工藝流程,并協(xié)同開(kāi)發(fā)光子集成電路(PIC)與電子集成電路(EIC),最大化挖掘性能潛力。該驗(yàn)證方案,為單通道 400Gb/s 光互聯(lián)技術(shù)落地打通了可行路徑。
全球首次:薄膜鉭酸鋰調(diào)制器完成硅光異質(zhì)集成
另一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性成果刊發(fā)于《自然?光子學(xué)》,業(yè)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)鉭酸鋰調(diào)制器與硅光子集成電路的異質(zhì)集成。
該技術(shù)沿用適配鈮酸鋰的微轉(zhuǎn)印工藝,可完全兼容整片晶圓堆疊架構(gòu),能與加熱器、濾波器、鍺光電探測(cè)器等器件無(wú)縫協(xié)同集成,且不會(huì)損耗原有器件性能。
![]()
圖 2:主流高端硅光子集成電路平臺(tái)基礎(chǔ)器件通用架構(gòu)示意圖。(圖源:imec)
助力沖刺 400Gb/s 光互聯(lián)技術(shù)里程碑
系列研究成果,彰顯 imec 持續(xù)突破高速光電路與電子電路設(shè)計(jì)邊界的研發(fā)目標(biāo)。盡管該技術(shù)距離全面成熟、商用落地仍有大量?jī)?yōu)化工作,但探索新材料、依托前沿技術(shù)迭代下一代驗(yàn)證方案,是沖刺 400Gb/s 光互聯(lián)技術(shù)里程碑的關(guān)鍵一步。
(來(lái)源:imec)
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶(hù)上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.