荷兰决定投资 11 亿欧元,以促进新一代硅光子技术企业的发展,为打造下一个 ASML 做好准备。这将意味着围绕下一代半导体技术的商业化,各国和各公司之间正展开激烈竞争。
据 ETNews 报道,这 11 亿欧元中,4 亿 7100 万欧元来自于荷兰政府,其余的投资则来自于荷兰埃因霍温理工大学和特文特大学等合作机构,荷兰基金资助机构 Delta Photon 将负责管理投资的资金。
硅光子技术是替代电子半导体信号传输的一种光传输技术。由于传输速度大幅提高,功率效率也非常高,因此被认为是新一代半导体技术。目前,以半导体输入 / 输出 (I / O) 为中心的技术开发正在进行中。
报道指出,荷兰的投资是为了抢占未来半导体市场,发掘类似 ASML 的新尖端企业的战略。ASML 垄断了先进半导体工艺所需的 EUV 光刻机。
随着荷兰政府加入对硅光子技术的投资,国家间的技术竞争更加激烈。最近,随着中国在硅光子学领域的集中投资,在硅光子学领域展开了“宝座争夺战”。荷兰政府的投资被解读为限制中国资本的举动。
围绕硅光子市场的企业之间的合并和合作正在全面展开。世界最大的半导体 EDA 工具公司 Synopsys 与网络公司 Juniper Networks 成立了硅光子合资企业。他们的目标是推出开放的硅光子解决方案,瞄准高性能计算、医疗、人工智能市场。
慧与科技也在与硅光子公司 Ayar Labs 合作,开发并商业化类似的技术。Ayar Labs 不仅获得了慧与科技的投资,还获得了英特尔和应用技术等其他公司的投资。
硅光子技术用激光束代替电子信号传输数据,是一种基于硅光子学的低成本、高速的光通信技术。英特尔实验室通过混合硅激光器技术的集成激光器,首次实现了基于硅光子的数据连接。
硅光子技术利用标准硅实现计算机和其它电子设备之间的光信息发送和接收。与晶体管主要依赖于普通硅材料不同,硅光子技术采用的基础材料是玻璃。由于光对于玻璃来说是透明的,不会发生干扰现象,因此理论上可以通过在玻璃中集成光波导通路来传输信号,很适合于计算机内部和多核之间的大规模通信。硅光子技术最大的优势在于拥有相当高的传输速率,可使处理器内核之间的数据传输速度快100倍甚至更高。
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。
2006年,英特尔和加州大学圣芭芭拉分校成功研发出世界上首款采用标准硅工艺制造的电子混合硅激光器。
目前,已量产的硅光模块,基于硅衬底的混合集成是主要方式。主要器件包括:在硅衬底表面集成激光器(III-V族半导体,以InP为主)、调制器(铌酸锂LiNbO3,具有优异的电光效应)、光探测器(Si中掺Ge)、硅波导(Si对于1.31μm/1.55μm通信波段透明)、波分复用及解复用器、耦合器等。