半導(dǎo)體所硅基光子學(xué)研究取得重要突破字號(hào)
[導(dǎo)讀]基于硅基微納波導(dǎo)的硅基光子學(xué)由于可以實(shí)現(xiàn)超小體積、低能耗、CMOS兼容的單片高密度光電集成，已被各國(guó)公認(rèn)為突破計(jì)算機(jī)和通信超大容量、超高速信息傳輸和處理瓶頸的最理想技術(shù)之一。日前，中科院半導(dǎo)體研究所在該領(lǐng)
基于硅基微納波導(dǎo)的硅基光子學(xué)由于可以實(shí)現(xiàn)超小體積、低能耗、CMOS兼容的單片高密度光電集成，已被各國(guó)公認(rèn)為突破計(jì)算機(jī)和通信超大容量、超高速信息傳輸和處理瓶頸的最理想技術(shù)之一。
日前，中科院半導(dǎo)體研究所在該領(lǐng)域取得世界領(lǐng)先水平的重大技術(shù)突破。半導(dǎo)體所由王啟明院士率先開(kāi)展硅基光子學(xué)研究，近年來(lái)在光調(diào)制器及大規(guī)模光開(kāi)關(guān)等方面持續(xù)保持國(guó)際一流研究水平。最近，肖希、李智勇、徐浩和李顯堯等青年科研人員在俞育德、余金中和儲(chǔ)濤研究員的指導(dǎo)下，在完成從電到光信號(hào)轉(zhuǎn)換功能的光調(diào)制器這一最能代表硅基光子學(xué)研究水平的器件的研制上，采用研究組自主首創(chuàng)并被世界公認(rèn)的插指型反向PN結(jié)光電結(jié)構(gòu)（圖1），在本所集成技術(shù)工程中心和中芯國(guó)際公司（SIMC）的大力協(xié)助下，使用國(guó)內(nèi)企業(yè)CMOS工藝，研制成功MZI馬赫-曾德干涉器型（圖2）和MRR微環(huán)共振腔型（圖3）兩種全硅波導(dǎo)調(diào)制器，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其最為關(guān)鍵的調(diào)制速率雙雙達(dá)到44Gbps超高頻調(diào)制速率（達(dá)到現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)極限），預(yù)計(jì)實(shí)測(cè)調(diào)制速率還有可能通過(guò)改進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)達(dá)到進(jìn)一步提高。
其中，MRR型調(diào)制器的調(diào)制速率以領(lǐng)先原有世界紀(jì)錄達(dá)14Gbps之多的水平而躍居世界第一；MZI調(diào)制器因受測(cè)試系統(tǒng)限制，目前實(shí)測(cè)調(diào)制速率也已進(jìn)入世界前三位，僅次于阿爾卡特-朗訊及英國(guó)薩里大學(xué)今年剛剛發(fā)表的最新結(jié)果50Gbps。器件的其他指標(biāo)經(jīng)測(cè)試也已達(dá)到或超過(guò)當(dāng)今世界一流水平。
本項(xiàng)器件研制工作從創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、制作到測(cè)試全程由國(guó)內(nèi)青年科技人員完成，具備完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
這些成果的取得標(biāo)志著中科院半導(dǎo)體研究所在硅基調(diào)制器的研究方面占據(jù)國(guó)內(nèi)絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，也標(biāo)志著我國(guó)硅基光子學(xué)研究研究在關(guān)鍵器件的研究上已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。這為實(shí)現(xiàn)超高速、超低功耗的硅基光互連，為我國(guó)迎接計(jì)算機(jī)和通信領(lǐng)域超高速、超大容量信號(hào)傳輸和處理的革命性變革奠定了基礎(chǔ)。
該項(xiàng)研究工作主要由中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目資助啟動(dòng)實(shí)施，研究執(zhí)行期間陸續(xù)得到了國(guó)家973項(xiàng)目、863項(xiàng)目以及國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
600)this.style.width=600;" border="0" /> 圖1：插指型反向PN結(jié)波導(dǎo)光電結(jié)構(gòu)示意圖
圖2：MZI干涉器型硅基調(diào)制器。（左）器件光學(xué)顯微鏡頂視圖（右）44Gbps調(diào)制器輸出眼圖
表2：硅基微環(huán)調(diào)制器性能比較
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日前，中科院半導(dǎo)體研究所在該領(lǐng)域取得世界領(lǐng)先水平的重大技術(shù)突破。半導(dǎo)體所由王啟明院士率先開(kāi)展硅基光子學(xué)研究，近年來(lái)在光調(diào)制器及大規(guī)模光開(kāi)關(guān)等方面持續(xù)保持國(guó)際一流研究水平。最近，肖希、李智勇、徐浩和李顯堯等青年科研人員在俞育德、余金中和儲(chǔ)濤研究員的指導(dǎo)下，在完成從電到光信號(hào)轉(zhuǎn)換功能的光調(diào)制器這一最能代表硅基光子學(xué)研究水平的器件的研制上，采用研究組自主首創(chuàng)并被世界公認(rèn)的插指型反向PN結(jié)光電結(jié)構(gòu)（圖1），在本所集成技術(shù)工程中心和中芯國(guó)際公司（SIMC）的大力協(xié)助下，使用國(guó)內(nèi)企業(yè)CMOS工藝，研制成功MZI馬赫-曾德干涉器型（圖2）和MRR微環(huán)共振腔型（圖3）兩種全硅波導(dǎo)調(diào)制器，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其最為關(guān)鍵的調(diào)制速率雙雙達(dá)到44Gbps超高頻調(diào)制速率（達(dá)到現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)極限），預(yù)計(jì)實(shí)測(cè)調(diào)制速率還有可能通過(guò)改進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)達(dá)到進(jìn)一步提高。
其中，MRR型調(diào)制器的調(diào)制速率以領(lǐng)先原有世界紀(jì)錄達(dá)14Gbps之多的水平而躍居世界第一；MZI調(diào)制器因受測(cè)試系統(tǒng)限制，目前實(shí)測(cè)調(diào)制速率也已進(jìn)入世界前三位，僅次于阿爾卡特-朗訊及英國(guó)薩里大學(xué)今年剛剛發(fā)表的最新結(jié)果50Gbps。器件的其他指標(biāo)經(jīng)測(cè)試也已達(dá)到或超過(guò)當(dāng)今世界一流水平。
本項(xiàng)器件研制工作從創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、制作到測(cè)試全程由國(guó)內(nèi)青年科技人員完成，具備完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
這些成果的取得標(biāo)志著中科院半導(dǎo)體研究所在硅基調(diào)制器的研究方面占據(jù)國(guó)內(nèi)絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，也標(biāo)志著我國(guó)硅基光子學(xué)研究研究在關(guān)鍵器件的研究上已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。這為實(shí)現(xiàn)超高速、超低功耗的硅基光互連，為我國(guó)迎接計(jì)算機(jī)和通信領(lǐng)域超高速、超大容量信號(hào)傳輸和處理的革命性變革奠定了基礎(chǔ)。
該項(xiàng)研究工作主要由中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目資助啟動(dòng)實(shí)施，研究執(zhí)行期間陸續(xù)得到了國(guó)家973項(xiàng)目、863項(xiàng)目以及國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
600)this.style.width=600;" border="0" /> 圖1：插指型反向PN結(jié)波導(dǎo)光電結(jié)構(gòu)示意圖
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圖3：MRR微環(huán)共振腔型硅基調(diào)制器。（左）器件光學(xué)顯微鏡頂視圖（右）44Gbps調(diào)制器輸出眼圖
表1：國(guó)內(nèi)外30Gb/s以上硅基MZI調(diào)制器的性能比較| 單位 | 調(diào)制速率 (Gbps) | 消光比（dB） | 驅(qū)動(dòng)電壓（V) | 長(zhǎng)度（mm） | VπL（Vcm） |
插損（dB） |
參考文獻(xiàn) |
| Intel | 40 | 1.2 | 6.5 | 1 | 4 | 4 | EL 43 (2007) 1196 |
| ETRI | 30 | 7.2 | 1.2 | 1 | 1.59 | 6.8 | OE 19 (2011) 26936 |
| Surrey | 50 | 2.2 | 6.5 | 1 | 4.2 | 3.7 | PTL 24(2012) 234 |
| Alcatel-Lucent | 50 | 4.7 | 4.5 | 2 | 2.4 | 4.1 | OE 20 (2012)6163 |
| 半導(dǎo)體所 | 44 | 5.5 | 5 | 0.75 | 1.1 | ~ 3 | 待發(fā)表 |
| 單位 | 調(diào)制速率 (Gbps) | 消光比（dB） | 長(zhǎng)度 （m） | 驅(qū)動(dòng)電壓 （V） | 功耗（fJ/bit） | 參考文獻(xiàn) |
| IBM | 30 | 3.3 | 163 | 1.6 | 335 | CLEO (2011) PDPB9. |
| Oracle | 25 | 5 | 15 | 1 | 7 | OE 19 (2011) 20435 |
| Sandia | 10 | 5 | 3.5 | 0.5 | 3 | OE 19, (2011) 26017 |
| Toronto&IBM | 28 | 10 | > 200 | 1.5 | OFC (2012) OM3J | |
| 半導(dǎo)體所 | 44 | 3 | 22 | 3.5 | 70 | 待發(fā)表 |
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