光芯片-卧薪尝胆国产光芯片持续渗透
作为激光器/探测器等光电子器件的核心组成部分,光芯片是现代光通信系统的核心。现代光通信系统是以光信号为信息载体,以光纤作为传输介质,通过电光转换,以光信号进行传输信息的系统。从传输信号的过程来看,首先发射端通过激光器内的光芯片进行电光转换,将电信号转换为光信号,经过光纤传输至接收端,接收端通过探测器内的光芯片进行光电转换,将光信号转换为电信号。其中,核心的光电转换功能由激光器和探测器内的光芯片(激光器芯片/探测器芯片)来实现,光芯片直接决定了信息的传输速度和可靠性。
从芯片制备角度,光芯片制备的工艺流程与集成电路芯片有一定相似性但侧重点不同,光芯片最核心的是外延环节。光芯片的制备流程同样包含了外延、光刻、刻蚀、芯片封测等环节。但就侧重点而言,光刻是集成电路芯片最重要的工艺环节,其直接决定了芯片的制程以及性能水平。与集成电路芯片不同,光芯片对制程要求相对不高,外延设计及制造是核心,该环节技术门槛最高。以激光器芯片为例,其决定了输出光特性以及光电转化效率。目前使用的激光器芯片多采用多量子阱结构,多量子阱结构实际上是由厚度在纳米尺度的不同薄层材料构成的重复单元,通过对多量子阱精细结构的调节可以使激光器工作在不同的波长之下,进而满足不同的应用需求。是否具备良好的外延设计及制造能力是光芯片制造商最重要评价标准,同时对于研发人员的经验积累要求高。
光芯片核心在外延环节,在工艺层面标准化程度相对低,其性能依赖于具体的工艺设计&制备,因而这也就决定了 IDM 模式是主流,这区别于标准化程度高、行业分工明确的集成电路芯片领域。考虑到光芯片的核心环节在外延层的设计与制备,要求设计与晶圆制造环节相互反馈与验证以不断优化产品性能实现高性能指标,因而 IDM 模式为主流:1)有助于快速改良芯片设计并优化制造工艺,大大缩短产品研发及量产交付周期;2)更利于保证生产过程中工艺的稳定和可靠,从而更好地控制产品良率;3)还助于保护结构设计与工艺制程的知识产权。并且从自主可控的角度,IDM 模式也能够摆脱对海外进口的依赖,真正解决“卡脖子”问题。