集成光子学(下)

《半导体工程》杂志与PhoeniX Software首席执行官Twan Korthorst坐下来讨论集成光子学的现状;Gilles Lamant，杰出的工程师节奏；Lumerical Solutions市场总监Bill De Vries;以及纽约州立理工学院AIM光子学EPDA解决方案总监Brett Attaway。以下是那次谈话的节选。第一部分可以找到在这里．

图1:光子面板。布莱恩·贝利摄

SE:成本是集成光子学的最大阻力吗?

Korthorst有一家成功的荷兰公司，成本不是那么重要。它们涉及光纤传感。他们已经活跃了25年，提供非常高灵敏度的应变和应力传感光纤。你可以将纤维放入建筑物或飞机机翼或涡轮叶片中你可以通过光学手段测量应变和应力。读出装置是一立方米，单位是10万欧元。这家公司转而采用集成光子学解决方案，现在规模小得多，成本只有1000欧元。突然间，它打开了更多潜在的应用。这家公司正在飞速发展。通过缩小外形尺寸和降低价格，他们已经改变了整个行业。但是，对于这个申请，1000欧元是可以的。 For other volume applications, we need to bring the cost down even lower. The only answer to that is more volume. What we have seen in CMOS, or solar panel fabrication, that volume drives cost down.

Attaway这就是为什么美国政府说，“让我们在这方面投入一些资金，通过提高可靠性和产量来降低成本。”

Korthorst:是的，美国的AIM在欧洲有一些类似的项目，他们通过降低准入门槛来推广这项技术，这吸引了更多的人进入生态系统，推动了数量和创新。

Attaway:在晶圆上，这一切都归结于芯片成本，我们可以很好地降低成本。其中成本最高的是包装．能够处理封装上的光学接口的成本与电子世界不同。这是今天的首要目标。在AIM，我们将在未来几年努力实现这一目标，希望我们能够展示一些可重复的、适用于高产量的进步。

SE:我们把激光带上船了吗?

Korthorst激光需要III/V材料，它们与硅不太兼容。人们一直在用不同的方法开发技术，使激光非常接近硅，目前在商业产品中有几种解决方案。所以你可以说，从经济学的角度来看，这个问题已经解决了。还能改进吗?是否需要改进?是的。但有不同的方法来解决光源集成或与硅的接口。

Lamant包装是更大的问题，但这也是采光问题的一部分。

Attaway:是的，包装的定义可以包括让光源进入其中。在AIM，我们有几个方向-一个是不同模具的异质集成使用一个中间体。你可以在光子芯片旁边设计一个激光器，并将它们集成在一个无源插入器上。它能使激光器靠近光子学芯片，并与之紧密结合。还有一个项目是直接在硅光子学芯片上生长激光外延生长III-V材料在硅片上的生长和加工。我们(AIM Photonics)正在努力使这种片上激光技术具有成本效益和高度可制造性。

德弗里斯这是与包装密切相关的。它们几乎是一个综合问题。你可以制造晶圆——多芯片，两个不同的晶圆连接在一起。但归根结底，集成是关键，把它放在一个包中，并能够可靠地组装，这是当今更大的问题。我怎么让光进出那个包裹?该行业如何开发可扩展的标准包装?在水的成本相当可预测，但包装是定制的，而且价格要贵几个数量级的情况下，这种标准包装是否具有成本效益?这就有了限制。然后是测试。CMOS如此有利的原因之一是没有人需要接触它。它非常可靠。 Optics is not quite there yet. There are lots of people kicking the tires on ways to automate it. The AIM organization has a team that is spending time researching the test and automation side of things. That is a huge challenge. Once the industry says, ‘Okay, there is a standard set of packages to put these things together and I can get light in an out in a handful of reliable ways,’ then you will start to see these applications become more scaled. That’s not only the functional applications. Now I am using these integrated photonics devices for a whole bunch of different things because it is just another building block in my system.

Korthorst:它更像数字电子，你可以自测。但光子学更像模拟或射频电子学，对过程变化更敏感。当你看今天的波导材料时，硅光子学使用硅来构建波导，但你会看到人们添加氮化硅层作为波导材料，这仍然是相同的平台，但波导不同了。它可以对可见光透明，具有较低的损耗，是硅平台的组成部分，但除此之外，目前该领域的大多数集成光子学电路都是基于磷化铟的。这就是集成的激光。但硅和CMOS的前景是，你可以比其他材料降低更多的成本，而且你有适当的基础设施，经过验证和验证，适合大批量应用。

Lamant磷化晶圆为2 ~ 3英寸。CMOS晶圆要大得多——200毫米甚至300毫米。这与光子学非常相关。FinFETs-他们在线边缘粗糙度方面的一些问题-当你把它们移到波导上时，这些问题是非常相关的，波导的尺寸可能很大，但对边缘发生的一切非常敏感。因此，对于CMOS工厂来说，有很大的可能利用这项技术来改进finfet和高级节点的处理能力，并且可以应用于光子学。这直接适用于使光子学可靠和可预测。

Korthorst:通信链路的预期寿命为25年。改进组装和包装是一个很大的成本驱动因素。在数据中心，他们告诉光子学行业，他们每四五年就会更换所有东西。因此，从生命周期的角度来看，不要试图将长期标准引入数据中心。如果一个收发器发生故障，数据中心网络中有太多冗余，可以直接更换。可靠性意味着降低提供更具成本效益的解决方案的标准。有几家公司正在研究生物传感一次性使用产品。它们里面有一点点光子学，你用一次就扔掉了。这和长途完全不同。

SE:与数字设备相比，光子学芯片是巨大的。今天人们使用什么制造技术?

德弗里斯在光子学中没有节点。没有单片集成。这又回到了如何定义积分的问题上。

Attaway:异构多模集成是有意义的。晶圆厂的光子处理是先进CMOS处理的四分之一。当你达到高产量时，成本可能会被冲淡。

Korthorst:硅光子学有超过16种掩模。当一家公司开始考虑单片集成时，他们说，‘要驱动这些电路，我们需要非常高速的dsp或驱动器。为此我们需要40nm的节点。“在40nm工艺中进行光子学研究在经济上没有任何意义。

Attaway: CMOS与光子芯片的异构集成是有意义的。

德弗里斯:如果您考虑架构优势，我已经分解了处理器、内存和存储之间的通用架构。看起来是一个单位。如果我研究集成光子学和一些复合物SoC基于两个不同的模具的架构，但组装在一个多芯片模块，如果我想改进处理器，我不必花钱改变我的集成光子学前端。我可以灵活地开发所有这些不同的变体，我不会为7纳米的浪费晶圆空间买单，因为我的SoC和集成光子学在同一个芯片上。所以你从不同的角度来思考积分。插入器,三维集成电路骰子变得非常有吸引力，我可以拥有所有这些变体，并可以将最好的部分整合在一起。

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