爱杰光电周治平：硅基光电子是通信系统小型化的关键技术

C114讯 1月12日消息（水易）今日，由CIOE中国光博会与C114通信网联合推出的大型研讨会系列活动——“2023中国光通信高质量发展论坛”拉开帷幕。首场“硅光技术研讨会”上，北京爱杰光电科技有限公司首席科学家周治平表示，硅基光电子是通信系统小型化的关键技术。

周治平表示，光电子学是研究光与电之间的相互转换以及相互作用，并且利用特殊的器件和设备将他们应用起来的一门科学，可以分为无源和有源。集成光路、平面光路、光子集成被归纳为无源光电子；集成电路、光电子学、光电集成以及硅基光电子学被归纳为有源光电子。

光电子学的发展离不开半导体技术的支持，在半导体晶体中，人为地掺入特定的杂质元素，使其导电性能可控，可以制作出多种电子器件，光电子器件和集成芯片。

与此同时，半导体芯片中光电不分家，电子和光子相互作用：加电可以发光；光照可以发电，波导中光子的行为也需要通过与电子的相互作用来有效操控。周治平表示：“硅基光电子学的意义就在于要加强光电效应在硅基微电子芯片中的作用，使之成为硅基光电子芯片。”

对于硅基光电子的起源，周治平表示，由于硅基光电子主要就是研究芯片，所以要从芯片的起源开始说起。

1950年代，人们开始电子芯片的研究，主要特征是利用电子作为信息载体；1960年代，人们想利用光子作为信息载体来研究光子芯片，但光子之间没有相互作用，只能提供无源器件；1970年代，人们注意到光电子的相互作用，以III-V 族材料为平台，打造光电子芯片，是支撑高速通信的关键技术，但成本高，集成度低；1990年代，随着硅工艺的发展，人们开始研究将光电器件“硅片化”、与CMOS工艺兼容。

进入到21世纪，人们开始以硅材料为平台，打造硅基光电子芯片，包含前述4种芯片，注重光子和电子的相互作用，强调大规模异质集成。“硅基光电子芯片是目前半导体芯片发展的最高级阶段，后摩尔时代的核心技术，大数据时代的基石。”

周治平介绍，硅基光电子学Silicon Based Optoelectronics(SBO)是探讨微纳米量级光子、电子、及光电子器件在不同材料体系中的新颖工作原理，并使用与硅基集成电路工艺兼容的技术和方法，将它们异质集成在同一硅衬底上，形成一个完整的具有综合功能的新型大规模光电集成芯片的一门科学。

为什么硅基光电子学如此重要。周治平表示，通信系统一路走来都有一个小型化的过程，通过不断努力把巨型的大型的通信系统缩小，再把小型的通讯系统芯片化。

“小型化一定是通过光电集成来实现。”周治平介绍，光电集成可以分为单片集成：所有光电器件工艺与CMOS工艺完全兼容；混合集成：多芯片集成，chiplet，3D集成……；异质集成：包含其他材料，如III-V和LiNbO等的硅基单片光电集成。

“这三种集成方式各有优缺点，不过第三种更有发展空间。”在周治平看来，硅基光电子是通信系统小型化的关键使能技术，能够使能芯片技术，使能微小系统，使能人机一体化。