CIOE專訪國科光芯：立足氮化硅平臺持續(xù)性發(fā)展 加速硅光子芯片可靠性量產(chǎn)

  ICC訊 CIOE 2024期間，國科光芯（海寧）科技股份有限公司（簡稱國科光芯）重點展出基于氮化硅（SiN）技術(shù)開發(fā)的800G/1.6T 薄膜鈮酸鋰(TFLN)與SiN異質(zhì)集成的硅光芯片，獲得業(yè)界客戶和現(xiàn)場觀眾廣泛討論和關(guān)注。

  在CIOE展會現(xiàn)場，國科光芯聯(lián)合CTO及數(shù)通事業(yè)部CEO朱宇博士現(xiàn)場接受了訊石光通訊網(wǎng)的采訪，和我們分享了公司多年的核心技術(shù)積累成果，以及在光通信業(yè)務(wù)上的產(chǎn)品布局與技術(shù)亮點。

國科光芯聯(lián)合CTO及數(shù)通事業(yè)部CEO朱宇博士（中）接受訊石網(wǎng)采訪

  本次國科光芯在光通信應(yīng)用展臺重點展出800G DR8, 800G 2×FR4, 1.6T DR8等基于TFLN/SiN異質(zhì)集成技術(shù)的系列硅光芯片產(chǎn)品。針對硅光異質(zhì)集成的技術(shù)優(yōu)勢，朱宇博士也向我們做了詳細(xì)的介紹。朱宇博士認(rèn)為，衡量一款產(chǎn)品的市場競爭力，除了產(chǎn)品方案本身的性能優(yōu)越外，更為重要的是，產(chǎn)品的可量產(chǎn)性以及技術(shù)路線的可持續(xù)性。尤其是在競爭激烈的光通信市場和需要產(chǎn)品快速迭代的AI應(yīng)用場景下。

  首先，從方案技術(shù)性能來看，相對于傳統(tǒng)的硅光技術(shù)，基于氮化硅材料的硅光技術(shù)不僅具備低損耗、寬光譜、大光功率等眾多單項優(yōu)勢，同時作為一個強兼容性的平臺型技術(shù)，更易于實現(xiàn)異質(zhì)集成。國際權(quán)威研究機構(gòu)的多項研究成果表示，可以在氮化硅平臺基礎(chǔ)上高效地把鈮酸鋰（LiNbO?）、磷化銦（InP）、銦鎵砷（InGaAs）等材料進(jìn)行混合集成或異質(zhì)異構(gòu)集成。因此，國科光芯基于多年在氮化硅技術(shù)上深耕的成果，搭建了氮化硅（SiN）+薄膜鈮酸鋰（TFLN）的異質(zhì)集成技術(shù)平臺，一方面，充分發(fā)揮氮化硅作為光波導(dǎo)介質(zhì)的高透光性，同時，基于薄膜鈮酸鋰材料的高光電帶寬等性能優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)200Gbps/lane及更高速率應(yīng)用的需求。同時也具有高線性度及低插損等優(yōu)勢特點。

  在產(chǎn)品量產(chǎn)能力上看，雖然薄膜鈮酸鋰具備諸多的性能優(yōu)勢特點，但是由于其材料特性并不兼容CMOS工藝，晶圓級刻蝕工藝還不夠成熟，所以純薄膜鈮酸鋰技術(shù)方案在量產(chǎn)上具有較大挑戰(zhàn)。國科光芯的異質(zhì)集成方案是在氮化硅芯片上完成光波導(dǎo)刻蝕，基于層間耦合技術(shù)，無需對薄膜鈮酸鋰材料進(jìn)行流片加工，直接鍵合集成薄膜鈮酸鋰材料，形成復(fù)合波導(dǎo)實現(xiàn)高速調(diào)制。因此，能夠兼容CMOS流片工藝，并憑借國科光芯8英寸的氮化硅量產(chǎn)平臺，使得其產(chǎn)品具備低成本和可量產(chǎn)性。

  從技術(shù)方案的可持續(xù)發(fā)展性來看，異質(zhì)集成芯片依靠薄膜鈮酸鋰高調(diào)制帶寬的特性，未來可擴展至單通道400Gbps，應(yīng)用于3.2T及以上光互聯(lián)，目前已與產(chǎn)業(yè)鏈核心光通信客戶開展業(yè)務(wù)合作。

TFLN/SiN異質(zhì)集成芯片結(jié)構(gòu)示意圖

  目前行業(yè)內(nèi)，實現(xiàn)單通道200Gbps的技術(shù)路線主要有III-V（EML）、SOI硅光、純薄膜鈮酸鋰（TFLN）以及TFLN與SiN或SOI異質(zhì)集成四種技術(shù)路線。訊石也就此問題采訪了朱宇博士，朱博根據(jù)目前各技術(shù)路線的發(fā)展及應(yīng)用情況做了具體的介紹。目前EML作為單通道100Gbps的主流方案，產(chǎn)業(yè)鏈最為成熟穩(wěn)定，例如，博通和三菱已經(jīng)在今年逐步啟動200G EML芯片的量產(chǎn)和批量交付。但是，EML芯片工藝難度大，成本高，基本上受到海外大廠的壟斷。相比之下，SOI硅光方案經(jīng)過多年的發(fā)展，可以看到其市場占有率在不斷提升，硅光芯片兼容CMOS工藝，成本低、集成度高，目前商用Foundry成熟，國內(nèi)的硅光芯片公司在100G/lane時代已經(jīng)實現(xiàn)了批量出貨。在下一代200G/lane，SOI硅光通過優(yōu)化驅(qū)動方式來解決硅調(diào)制器帶寬受限（＜50GHz）的問題，但良率以及面向更高速率的應(yīng)用具有一定的挑戰(zhàn)性。反觀純薄膜鈮酸鋰技術(shù)路線，其最大的優(yōu)勢是調(diào)制器性能優(yōu)異，帶寬高。但目前量產(chǎn)工藝具備一定挑戰(zhàn)性。國科光芯的TFLN/SiN異質(zhì)集成技術(shù)，對薄膜鈮酸鋰材料的利用率高。同時由于其高帶寬特性，產(chǎn)品迭代投入較小，成本優(yōu)勢在200G/lane較100G/lane更為明顯。當(dāng)然對于異質(zhì)集成技術(shù)所帶來的新的工藝要求，也需要團(tuán)隊不斷地提升與優(yōu)化?？偠灾?，朱博認(rèn)為，每個技術(shù)路線都有其自身的優(yōu)點和挑戰(zhàn)性，相信大家的最終目標(biāo)都是為了給行業(yè)和客戶提供高性能與低成本兼顧的解決方案。

  AI算力需求的驅(qū)動下，據(jù)高盛研究報告預(yù)測，2025年全年800G光模塊總需求量將超過千萬只，1.6T 光模塊需求量將達(dá)到百萬只。相信快速增長的市場需求對于產(chǎn)業(yè)鏈上掌握核心技術(shù)的相關(guān)公司，都將是巨大的機會和挑戰(zhàn)。國科光芯依靠多年的技術(shù)積累和沉淀，厚積薄發(fā)，努力為客戶提供強大的市場競爭力，為行業(yè)提供更有價值的產(chǎn)品和技術(shù)方案，助力高速光互聯(lián)的發(fā)展。

氮化硅硅光芯片量產(chǎn)流片良率分布

  國科光芯創(chuàng)立于2019年4月，總部位于浙江海寧，是一家集材料工藝、芯片設(shè)計、集成封裝、光電子器件、應(yīng)用算法、系統(tǒng)集成等綜合能力為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)，致力于成為全球領(lǐng)先硅光芯片技術(shù)及整體解決方案公司。得益于團(tuán)隊多年的研發(fā)經(jīng)驗和技術(shù)積累，公司于2023年具備了8英寸低損耗氮化硅量產(chǎn)能力，實現(xiàn)傳輸損耗0.1dB/cm，工藝良率超95%。成為國內(nèi)為數(shù)不多具備完整工藝量產(chǎn)能力的氮化硅芯片技術(shù)平臺。