硅光芯片：突破“摩尔定律”曙光初现 _电子

晶体管被誉为“20世纪最伟大的发明” 。它为集成电路、计算机、互联网等产生奠定了基础，从而将人类社会迅速带入信息时代。
当今世界，以集成电路为核心的微电子产品广泛应用于人们的生产生活，并渗透到各个领域，几乎改变了整个世界。
芯片作为一种复杂的集成电路，自20世纪50年代末发明以来，它的发展一直遵循“摩尔定律”，即性能每隔18个月提高一倍。发展至今，其集成度已提高5000多万倍，特征尺寸则缩减至一根头发丝直径的万分之一，其集成度及加工制造已受到严重制约，尺寸缩小几乎达到极限，“摩尔定律”面临着失效的“窘境” 。在这种情况下，人们迫切希望有一种新技术开辟半导体行业新局面。
可谓“车到山前必有路” 。如今，一种以光子和电子为信息载体的硅基光电子技术正在兴起。该技术催生的硅光芯片，被视为“后摩尔定律”时代新宠，为半导体芯片“换道超车”带来了希望，受到科技界广泛关注。
光电优势互补，硅光芯片迎来曙光
在半导体领域，微电子器件的进一步小型化，使得集成电路的互联延迟及能耗问题成了高速集成电路一个不可逾越的障碍。此时，科学家便想到了另辟蹊径。
与电子相比，光子作为信息载体有其独特优势：光子没有静止质量，光子之间的干扰相对更弱，光的不同波长可用于多路同时通信，使其带宽更大、速率更高。
那么，用光子代替电子，以光运算代替电运算，研制开发光子芯片，问题不就迎刃而解了吗？理想很丰满，现实却很骨感。一度被科学家寄予厚望的光子芯片在现实中行不通。因为，制造用于光子芯片的纳米级光学器件现阶段难以实现，而光的集成度也达不到现有微电子集成电路水平。
这并没有阻止科学家探索创新的脚步。他们想到，既然电子和光子各有利弊，那么，将两者取长补短融合在一起，是否会产生意想不到的效果呢？科学家经过研究发现：光子作为信息传递的载体，具有稳定可控的调制和复用维度，具有更大的带宽、更高的频谱利用率和通信容量。

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更重要的是，基于微电子技术先进、成熟的互补金属氧化物半导体工艺，在传统硅芯片上集成光电器件难度不算太大，它无须通过缩小器件尺寸，便可大大提升芯片性能。因此，在传统硅芯片上，加入光子用来传输数据，是一个很有潜力的研究与应用方向。
早在1985年，被誉为“硅基光电子之父”的理查德·索里夫，首次提出并验证了单晶硅作为通信波长的导波材料。这意味着在硅基平台上成功“捕获”了光子，实现了光子器件集成于硅片之上。
随着硅光相干收发器、硅光收发模块、微波光子链路等光子器件在新世纪相继问世，硅基光电子技术进入系统应用阶段。不久的将来，大规模光电集成片上可重构系统也将变成现实，硅基光电子技术将进入自动化、集成化的新阶段，硅光芯片从此迎来曙光。
这种采用微电子和光电子取长补短相融合的硅基光电子技术，能在原来的硅芯片上，让微电子与光电子同时工作，彼此优势互补，使其性能得到大幅提升。
如果将融合了光电子和微电子的硅光芯片看成是一个联合进行信息作战的“兵团”，那么，在它纳米量级的“战场空间”上，光子、电子以及光电子器件等“士兵”进行协同作战，在高速、驱动放大、读出等“友军”的积极配合下，高精尖的光电耦合封装技术就会让其形成功能模块集成。
硅光芯片问世，性能卓越身价不凡