硅基光电子器件与系统发展思考

中电，光电集硅基光电子 市

2硅基光电领域迅速发展硅基光电领域迅速发展singlechipwith>70milliontransistorsand850photoniccomponents3Ref:OpticalFiberCommunicationsConferenceandExhibition(OFC),3“光子”摩尔定律：集成度已超过InP4Ref：SILICONPHOTONICS:Siliconphotonicsevolvetomeetreal-world4应用分析 用于大城市（1~80Km）和长 用于大城市（1~80Km）和长距离（40~1000Km）的传输 计算机和数据中心（1m~2Km）的扳级，系统级互连 G，40G，100G光传 多传输和多传输和实；（HD（HD 温度，压力，频率等传感 原 ，如：DNA，细菌，特种分子等 特殊的传感原 TV，存贮

连 连ConsumerSensorMilitary 各种军事应用，如：光，高速信号处理 低速 低速5市场情况国内外代表性公司（光模块类产品，括号表示被收购 CompassCyoptics（Avago）Luxtera（Molex）RockleyPhotonicsSiFotonics

ColorchipKotura（Mellanox）Lightwire（Cisco）SkorpiosTeraXion。6进展举例：100G硅光模块 8硅光APD8硅光APDfor25GPON硅基光电子市场增长分析 onsiliconphotonics,触发：大数据，互联网公 全球市场（巨大机遇）：2018年后将急剧增长9硅基光电子主要研究内容Light Light

Waveguide

&Detect

六 两个支撑平 材料：用于硅基光电子的SOISi层和SiO2层的厚 Si层厚度一致 Si层的掺杂浓界面平整Si层的缺

SOI材料衬底选择SOI材料衬底选择需要针对光子器件优化设计的SOI衬底材高昂对高昂对准封成耦合效率大无集/差非集成方Flip-与准耦合效率受较大，受限Flip-Chip工散热、封装计激光>10Wafer级对小集成度未广泛应无需对准，工艺成本？有潜小集成度好？产品研发

硅基光波硅基光波导

*注：图示均为TE 需要小尺寸，超低损硅基光电子器件敏感性参敏感说w 厚度材料，刻宽度光刻精度、一致侧壁角度刻蚀形α=几dB/cm光刻、刻蚀工温度环境敏感 高速调制器高速调制器

F-K

PockelsP +P + N+ NN载流子积累载流子耗尽

电吸收调制器 应力需要小尺寸、大带宽、低功耗调制器iNiiNip

N+N+iP+iPSACM光电探测器iNpiN低暗电流，波导光电探测器iNpiN P+

N+ P+ N+Ge 耦合封装耦合封装VCSEL：圆形，几十微FP/DFB：椭圆，几微VCSEL：FP/DFB：大（10~30度~5随光栅&端光栅&端NotextensivelyFlip-chip系耦合对准平耦合效率，回波，热耦合效率，偏振，带需要低损耗（<1dB），大带宽，低成本的耦合光电集成

TSV

光电集成方案 Waferlevel度集工艺无温度限 面积利用率不 SOI衬底光/电不兼 高昂的工艺开发费 灵活性低，互相影 波导掩

Waferlevel波导在顶 工艺温度 S-C波

无工艺温度限灵活度多层/多材料集成可波导在顶部（可能 DietoWafer12寸12寸针对硅基光电子器件的SOI材硅基的多材料兼容生态系混合集成光各种无源功能器超低损耗波导，统一标准（器件库工艺/温度/偏振不敏感器高速硅基调制器大带宽，小尺寸，低功耗Ge/Si探测GratingCouplerInvertedTaper 多种集成方（前端、后端、混合CMOS兼容的光电单片集（材料、工艺、设计兼容性•…结果•…结果器件仿真系统仿真版图设计测试学习微电子设计平台器件仿真系统仿真版图设计测试设计者和工艺线的桥梁：PDK设计者和工艺线的桥梁：PDKPDK（ProcessDesignKit）PDKinthewholedesignworkflow硅基光电子硅基光电子PDK现状Schematic/

SchematicDriven

工艺平台：三种选择…科间单间中试先导研发平工业界大规模生 对对比能成有源\周3~8产\光子流片MPWMultipleProject 通过MPW用户可以享受一笔经济账：为什么需要MPW？~200~50等~10~10~3~5>20*注：各工艺步骤价格评估比 ，表中数据与实际存在偏 目前流片两 ：IMEC、IME应用问题：产量与产能严重不匹配！应用问题：产量与产能严重不匹配！Ref：SiliconPhotonicsIIISystemsandApplications硅基光电 成本