美國桑迪亞國家實驗室將微型光學器件集成在硅微芯片上！這種方法使桑迪亞國家實驗室能夠構(gòu)建高帶寬、高速光學器件，包括磷化銦激光器、鈮酸鋰調(diào)制器、鍺探測器和低損耗聲光隔離器——這些都是高功率光學系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。

　　在硅上制造激光器是一項具有挑戰(zhàn)性的壯舉，桑迪亞國家實驗室認為這可能會擴大美國在半導(dǎo)體技術(shù)方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。例如其他機構(gòu)或組織，包括加州大學圣巴巴拉分校和英特爾公司，也制造了類似的激光器，但桑迪亞已經(jīng)擴大了可集成設(shè)備的類別。這是第一次，這些設(shè)備可以在光學硅微芯片上一起工作，也稱為光子集成電路。目前激光現(xiàn)在正與其他微型光學設(shè)備相結(jié)合，使自動駕駛汽車更安全，數(shù)據(jù)中心更高效，生物傳感器更便攜，雷達和其他防御技術(shù)更通用。

　　實驗晶圓片——在桑迪亞國家實驗室中，一千多個實驗激光器和放大器“裝飾”著一個三英寸的鍍金硅晶圓片。

　　這種方法使桑迪亞國家實驗室能夠構(gòu)建高帶寬、高速光學器件，包括磷化銦激光器、鈮酸鋰調(diào)制器、鍺探測器和低損耗聲光隔離器——這些都是高功率光學系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。

　　集成硅是邁向未來生產(chǎn)的關(guān)鍵一步

　　硅是半導(dǎo)體工業(yè)的命脈，也是制造計算機芯片的重要材料。然而，就其本身而言，它是一種制造激光器的糟糕材料。研究人員面臨的挑戰(zhàn)是設(shè)計一種方法，使由多種材料制成的光學元件在硅微芯片上共存。

　　這些材料不能簡單地粘在一起，所以研究人員將它們與硅融合成復(fù)雜的層，這一過程也被稱為異質(zhì)集成。

　　桑迪亞研究小組成功地展示了異質(zhì)集成技術(shù)來制造混合硅器件:由磷化銦和硅制成的混合激光器和放大器，以及由鈮酸鋰和硅制成的類似調(diào)制器，它們在激光產(chǎn)生的光中編碼信息。

　　此外，在同一平臺下，高功率和高速鍺探測器也被開發(fā)出來用來跟上激光器和調(diào)制器的發(fā)展。

　　表征激光-桑迪亞科學家在顯微鏡下將光纖與芯片級的非均勻集成激光器對齊。

　　雖然桑迪亞研究小組成功取得的研究進展，但他們表示，在光子芯片開始下線之前，他們還需要與行業(yè)合作伙伴進一步完善他們的方法。在未來的研究中，桑迪亞研究小組希望將激光與其他光學元件結(jié)合到一個芯片上。

　　桑迪亞國家實驗室建立芯片級激光器的目標是將該技術(shù)轉(zhuǎn)化為工業(yè)。該團隊使用了許多與商業(yè)半導(dǎo)體工廠相同的工具，激光器產(chǎn)生的光波長通常用于電信行業(yè)，稱為C波段和O波段。

　　桑迪亞研究小組稱，一旦他們在國家實驗室展示了這個光子平臺，他們就可以把這項技術(shù)傳遞給美國公司，在美國公司他們可以專注于商業(yè)化更大規(guī)模的生產(chǎn)。

　　桑迪亞國家實驗室也在投資光學微芯片，因為它們比傳統(tǒng)芯片傳輸更多的信息。但桑迪亞研究小組稱，制造方面的挑戰(zhàn)阻礙了它們的廣泛采用。盡管這項技術(shù)在科學界眾所周知，但在大多數(shù)微芯片上，電子技術(shù)仍然占主導(dǎo)地位。

　　憑借構(gòu)建光子電路的平臺，桑迪亞國家實驗室已經(jīng)將自己定位為支持行業(yè)和其他機構(gòu)在未來幾年進行光子學研究和開發(fā)的引領(lǐng)者。但桑迪亞國家實驗室的研究目前沒有得到CHIPS法案的資助。桑迪亞國家實驗室希望其他國家合作，共同開發(fā)新技術(shù)。

　　美國總統(tǒng)拜登在2022年簽署了《芯片與科學法案》(CHIPS and Science Act)，這是一項無黨派的法案，為半導(dǎo)體行業(yè)提供了527億美元的激勵。雖然這項立法預(yù)計會增加美國制造的計算機芯片的產(chǎn)量，但它也會為光子半導(dǎo)體提供資金。

　　眾所周知，《芯片與科學法案》美其名曰是一項美國產(chǎn)業(yè)撥款和補貼的政策，實質(zhì)上是打壓中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。法案明確限制相關(guān)企業(yè)在中國的建投或擴建先進制造晶圓廠，極大程度阻礙中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，美國企圖通過《芯片與科學法案》將中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“邊緣化”的做法，無疑是“霸權(quán)行為”。

　　《芯片與科學法案》對中國的影響，短期導(dǎo)致產(chǎn)能供應(yīng)不安全、產(chǎn)能擴張滯后、技術(shù)研發(fā)受制；而長期則是將中國企業(yè)排除在技術(shù)標準領(lǐng)域之外，失去了制定標準的機會。

　　這只會刺激加速我國國產(chǎn)化替代進程，倒逼中國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)。中國正在重建一個國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局，這將是未來中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最強健的根基。