近日，美國波士頓大學、麻省理工學院、加州大學伯克利分校、科羅拉多大學波爾得分校科研人員組成的團隊開發(fā)一種新的制造方案，在塊狀硅襯底上，讓光子器件與電子器件集成到一起。

背景

目前，微電子芯片的電信號傳輸方面存在瓶頸，通過電線傳輸數據的傳統(tǒng)方法，傳輸速度和距離都受到限制，而且能耗和發(fā)熱都很大。時下，電子器件正不斷趨向更高的性能與更低的功耗，傳統(tǒng)方法的瓶頸正日益凸顯。

為了突破這一瓶頸，光學數據傳輸有望成為僅有的幾個候選方案之一。光纖的數據傳輸速率是電線的近千倍，能耗也相對較低，還可以發(fā)送更高頻率的數據。在光纖中，你可以使用多種不同顏色的光線，每種顏色的光線都具有一個數據通道。此外，相比于銅線，光纖也可以更加緊密地包裝在一起，且不會存在電信頻道之間的串話干擾。

可是，在單個硅芯片上集成電子器件和光子器件，受到了現(xiàn)有半導體制造工藝的制約。具體來說，就是硅電子器件與光子器件使用的材料平臺無法相互兼容，大部分的電子器件采用塊狀硅襯底，而光子器件則采用絕緣襯底上的硅（silicon-on-insulator）平臺。

創(chuàng)新

近日，美國波士頓大學、麻省理工學院、加州大學伯克利分校、科羅拉多大學波爾得分?？蒲腥藛T組成的團隊開發(fā)一種新的制造方案，在塊狀硅襯底上，讓光子器件與電子器件集成到一起。4月19日，相關論文發(fā)表于《自然》雜志。

（圖片來源：Amir Atabaki）

研究成果始于美國國防部高級研究計劃局贊助的一個持續(xù)幾年的項目，該項目由加州大學伯克利分校副教授Vladimir Stojanovic、麻省理工學院教授Rajeev Ram、波士頓大學助理教授Milos Popovic 領導。他們也和位于奧爾巴尼的紐約州立大學納米科學與工程學院（CNSE）的半導體制造研究團隊展開了合作。

技術

2015年，首個旨在克服芯片電信號傳輸瓶頸的主要成果誕生。該研究小組在《自然》雜志上發(fā)表的另外一篇論文中對成果進行了闡述。但是，這一方案只能應用于少量最先進的微電子芯片中，無法適用于目前最流行的采用塊狀硅襯底的芯片。

（圖片來源：CNSE Albany）

（圖片來源：Nature）

價值

這一新型平臺將光子器件帶入最先進的塊狀硅微電子芯片中，帶來更快更節(jié)能的通信，并將為光電子系統(tǒng)芯片的量產鋪平道路，極大地改善計算設備與移動設備。

除傳統(tǒng)數據通信之外，其應用還包括圖像和數據識別任務中的深度學習神經網絡的訓練，無人駕駛汽車中采用的低成本紅外激光雷達傳感器、智能手機人臉識別技術以及增強現(xiàn)實技術。

此外，光學使能的芯片將帶來新型的數據安全和硬件鑒權、應用于第五代（5G）無線通信網絡的更加強大的芯片、量子信息處理器件和量子計算器件。