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硅光时代临近 芯片技术持续提升

2018-11-07 11:34 来源: 华强电子网  

   硅光 子技术是基于硅材料,利用现有CMOS工艺进行光器件开发与集成的新一代通信技术。 硅光 子技术的核心理念是“以光代电”,将光学器件与电子元件整合到一个独立的微 芯片 中,利用激光作为信息传导介质,提升 芯片 间的连接速度。随着流量的持续爆发, 芯片 层面的“光进铜退”将是大势所趋, 硅光 子技术有望实现规模商用化。

硅光时代临近,芯片集成度有望大幅提升

近年来,随着物联网、大数据等应用的快速发展,全球数据流量呈快速增长态势,对传输的需求也逐渐提升。目前,传统光模块主要利用III-V族半导体芯片、电路芯片、光学组件等器件封装而成,本质上属于“电互联”范畴。随着晶体管加工尺寸逐渐缩小,电互联将逐渐面临传输瓶颈。目前,对于传统的三五族半导体光芯片,25Gbps已接近传输速率的瓶颈,进一步提升速率需要采用PAM4等技术。随着高速光模块在数据中心的大量运用,传统III-V族半导体的光芯片将面临并行传输、三五族磊晶成本高昂等问题。在此背景下,硅光子技术应运而生,成为III-V族半导体之外的一大选择。

在硅光子技术中,芯片的概念由原先的激光器芯片延伸至集成芯片。从结构上看,硅光芯片包括光源、调制器、波导、探测器等有源芯片及源芯片。硅光芯片将多个光器件集成在同一硅基衬底上,一改以往器件分立的局面,芯片集中度大幅提升。硅光子技术主要有以下三大优势:

(1)集成度高。硅光子技术以硅作为集成芯片的衬底。硅基材料成本低且延展性好,可以利用成熟的硅CMOS工艺制作光器件。与传统方案相比,硅光子技术具有更高的集成度及更多的嵌入式功能,有利于提升芯片的集成度。

(2)成本下降潜力大。在光器件和光模块中,光芯片的成本占比较高。传统的GaAs/InP衬底因晶圆材料生长受限,生产成本较高。近年来,随着传输速率的进一步提升,需要更大的三五族晶圆,芯片的成本支出将进一步提升。与三五族半导体相比,硅基材料成本较低且可以大尺寸制造,芯片成本得以大幅降低。

(3)波导传输性能优异。硅的禁带宽度为1.12eV,对应的光波长为1.1μm。因此,硅对于1.1—1.6μm的通信波段(典型波长1.31μm/1.55μm)是透明的,具有优异的波导传输特性。此外,硅的折射率高达3.42,与二氧化硅可形成较大的折射率差,确保硅波导可以具有较小的波导弯曲半径。

关键词:芯片 硅光

标签:
芯片, 电子元件, 激光器
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