硅基光电子学的必威体育精装版进展.pdf

中国科学: 物理学 力学 天文学 2015 年 第45 卷 第1 期: 014201 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 评 述 硅基光电子学的必威体育精装版进展 * 王兴军 , 苏昭棠, 周治平 北京大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家实验室, 北京 100871 *联系人, E-mail: xjwang@ 收稿日期: 2014-08-08; 接受日期: 2014-10-29 国家高技术研究发展计划(编号: 2011AA010302) 、国家自然科学基金(批准号: 61120106012)及教育部新世纪优秀 人才计划资助项目 摘要 随着人们对信息容量、速度以及成本的迫切要求, 低成本、高度集成的硅基光电子学蓬勃发展, 成为光通信、高速计算机等领域的研究热点和非常有前景的关键技术. 硅基光电子学是一种可以用硅基 集成电路上的投资、设施、经验以及技术来设计、制造、封装光器件和光电集成电路, 在集成度、可制 造性和扩展性方面达到集成电路的水平, 从而在成本、功耗、尺寸上取得突破的一种技术. 最近几年, 硅 基光电子集成技术已经发展到了一个崭新的阶段, 各个关键的硅基光电子器件都已经达到商用化的标 准, 部分性能甚至超过目前的商用器件, 引起了产业界的广泛关注. 本文从硅基光电子学的几个关键器 件入手, 包括波导、光栅、偏振分束器、混频器、滤波器、调制器、探测器和激光器, 详细介绍了该方 向的研究进展, 特别是最近 5 年的重大突破; 随后介绍了硅基光电子学在光互连、光通信、光传感、太 阳能电池等几方面的重大应用; 最后提出硅基光电子学未来发展方向和目前面临的主要挑战. 关键词 硅基光电子学, 硅基发光, 硅基调制器, 锗探测器, 无源器件 PACS: 42.82.-m, 85.60.Jb, 42.79.Hp, 85.60.Gz, 42.79.Gn doi: 10.1360/SSPMA2014-00300 1) 1 引言 尔定律”前进则面临挑战 . 在高性能计算领域, 微处理芯片由单核单线程 信息技术是当今世界经济社会发展的重要驱动 向多核多线程发展, 芯片中/ 间的互连技术变得越来 力, 在信息技术的发展进程中, 以硅为主的微电子技 越重要. 互连技术正朝着高速率和高密度集成发展, 术扮演着重要角色, 超大规模、高性能的微处理芯片 以满足多核间以及芯片与外部间高效、大容量信息传 为海量信息处理提供了核心技术支撑. 40 多年来, 微 输的需要. 然而, 随着微电子技术的进一步发展, 现 电子技术正按照“摩尔定律” 飞速发展, 但随着特征 有的电互连技术将无法满足微处理芯片功能增长的 尺寸减小到 10 nm 以下, 微电子产业能否再依照“摩 需求, 这主要是因为金属互连的寄生效应在高速率 1) /Links/2011ITRS/Home2011.htm 引用格式: 王兴军, 苏昭棠, 周治平. 硅基光电子学的必威体育精装版进展. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2015, 45: 014201 Wang X J, Su Z T, Zhou Z P. Recent