Interview med Zhang Xiaoguang fra Beijings universitet for post og telekommunikation: Fotoniske chipss situation og fremtid

I de seneste år, med den hurtige vækst af global trafik, fortsætter internet, kunstig intelligens og cloud computing-applikationsscenarier med at stige, som en af ​​de fremtidige tendenser inden for højhastighedskommunikation, fotoniske chips har også indvarslet en gylden udviklingsperiode. Ligesom sin "forgænger" kredsløb, er det optiske kredsløb også i miniaturisering, strømreduktion og lave omkostninger krav til opfordringen til integration, integreret optisk chip (PIC) blev til, og er blevet en vigtig del af den moderne kommunikationsindustri kan ikke ignoreres. For yderligere at afklare situationen og fremtiden for den integrerede teknologi, havde Wikipedia en samtale ansigt til ansigt med prof. Zhang Xiaoguang fra School of Electronic Engineering, Beijing University of Post and Telecommunications (BUPT), hvor han diskuterede fortid og nutid. liv af fotoniske chips.
I begyndelsen af ​​samtalen kom prof. Zhang Xiaoguang lige til sagen: "Chip-integrationsteknologi er nu meget moden og er meget udbredt i forskellige elektroniske enheder, såsom mobiltelefoner, computere, smarte hjemmeenheder og så videre, alle bruger chipintegrationsteknologi. Der er dog stadig mangler i Kinas chipintegrationsteknologi, og integrerede optiske chips er en af ​​vanskelighederne."

En integreret optisk chip er et funktionelt kredsløb dannet af en mikrochip, der indeholder to eller flere fotoniske komponenter, deraf navnet fotonisk chip. Den fotoniske chip har fordelene ved højhastigheds-parallelisme og lavt strømforbrug, og dens beregningshastighed og transmissionshastighed er tusind gange højere end elektroniske chips, mens dens strømforbrug kun er en halvfems tusindedel af elektroniske chips, og dens strukturelle krav er også lavere, generelt på hundred-nanometer niveau, hvilket reducerer afhængigheden af ​​avancerede processer, og det anses for at være den bedst egnede underliggende teknologi til at løse flaskehalsen i udviklingen af ​​aritmetisk magt.
Med hensyn til arbejdsprincippet bruger fotoniske chips fotoner til at transmittere, fornemme, behandle og levere information. Bølgeledere bruges til at styre og dirigere lyset, og gennem total intern refleksion er fotoniske chips sammenlignelige med ledninger, der bruges til at transmittere elektriske signaler. En laserkilde giver det lys, der er nødvendigt for at drive komponenterne, svarende til en switch i et kredsløb. Gennem bølgelederforbindelser kan flere komponenter integreres og fremstilles på et enkelt substrat, hvilket skaber robuste og miniaturiserede løsninger. Komponenter i fotoniske kredsløb kan være passive og aktive, med passive komponenter inklusive switche og multipleksere og aktive komponenter herunder detektorer og lasere.
Sammenlignet med elektroniske chips skyldes vanskeligheden ved at integrere fotoniske chips hovedsagelig deres diskrete natur. Fra et produktionssynspunkt er fotonisk integreret chipfremstilling ikke en nem ting. Fotoniske enheder har en tredimensionel struktur, meget mere kompleks end den todimensionelle struktur af halvlederintegrationen. For at integrere lasere, detektorer, modulatorer og andre enheder i chippen er det nødvendigt gentagne gange at afsætte og ætse på flere tyndfilms dielektriske lag af forskellige materialer, såsom indiumphosphid, hvilket er meget krævende for udstyrs- og proceskravene.
"Men jeg er stadig sikker på at overvinde disse vanskeligheder på hjemmemarkedet." Prof. Zhang Xiaoguang sagde: "Der er allerede en tendens til siliciumbaseret integration i industrien, da denne form for systemintegration allerede er relativt moden, og indenlandsk forskning i optiske siliciumchips er grundlæggende blevet synkroniseret med verden. Men hvordan man bruge silicium som substrat for optiske komponenter og realisere teknologiens masseproduktion, der er stadig mange vanskeligheder indeni, og nu skal nogle af de enheder, der klarer sig bedre i vores eksperimentelle proces, stadig være afhængige af import."
Efter prof. Zhang Xiaoguangs mening er den internationale chipindustri blevet udviklet i årtier. Europa, USA, Japan og andre lande i den optiske chip-industri startede tidligere, førende teknologi. USA har længe etableret "National Institute for Photonic Integrated Manufacturing Innovation" for at skabe en platform for udvikling og forberedelse af fotoniske integrerede enheder; Den Europæiske Union skal gennemføre "Horizon 2020"-programmet med fokus på udbredelsen af ​​optoelektroniske integrationsforskningsprojekter; Japan til at implementere "Avanceret forsknings- og udviklingsprogram", "Avanceret forsknings- og udviklingsprogram". Japans gennemførelse af "Advanced Research and Development Program", implementering af optoelektroniske fusionssystem teknologiudviklingsprojekter. Oversøiske optiske chip virksomheder har en first-mover fordel, gennem akkumulering af kerneteknologier og produktionsprocesser, og gradvist realisere industrien lukket kredsløb, at etablere en høj industri barrierer.
Indenlandske fabrikanter af optiske chip har generelt back-end-behandlingskapaciteter ud over wafer-epitaksi, optisk chipkerne-epitaksialteknologi er ikke moden, high-end epitaksialwafer til internationalt epitaksialanlæg indkøb, hvilket begrænser udviklingen af ​​high-end optisk chip. Laser chip, for eksempel, Kina kan skalere masseproduktion af 10G og følgende lav- og mellemhastigheds laserchip, men 25G laserchip kun et lille antal leverandører til at realisere batchforsendelsen, 25G eller mere hastighed laserchip de fleste af leverandørerne er stadig i F&U- eller småskala forsøgsproduktionsstadiet.
På tidspunktet for den tidligere sene start af indenlandsk teknologi, er den indenlandske chipintegrationsforskning mere at stå i højden af ​​de færdige forskningsresultater fra fremmede lande til at udvikle og innovere, med ændringerne i den internationale form for den indenlandske høje -Tech-industrien inden for teknologi har fået flere og flere restriktioner, men får også flere til at indse vigtigheden af ​​teknologisk selvhjulpenhed. Kina lancerede "storskala fotonisk integreret chip" så tidligt som i 2016, det kinesiske videnskabsakademi strategiske pilotprojekter til videnskabelige og teknologiske specialprojekter, der fremmer den kraftige udvikling af indenlandsk uafhængig innovation.
"Det vigtigste for landet for at opnå reelle industrielle gennembrud ligger imidlertid i opbygningen af ​​systemet," understregede prof. Zhang Xiaoguang i slutningen af ​​foredraget, "ud fra den faktiske produktion, det vigtigste. skridt til at opnå selvhjulpenhed er at etablere det overordnede industrielle system, især dannelsen af ​​et komplet sæt af procesflow, hvis princippet kan forstås i første omgang, så er det nødvendigt at etablere systemet. princippet om sagen for alle kan komme igennem, på grund af den umodne proces kan ikke garantere produktets udbytte, uafhængig innovation er stadig kun på papiret."