光速互联时代来了！新材料突破硅光瓶颈，网速将不再卡顿？

云计算与人工智能的普及催生海量数据流，推动数据中心内部及跨中心对超高速、低能耗光互联链路的需求激增；这类链路的数据传输速率必须大幅超越当前 200 吉比特每秒（200Gb/s）的通用标准。将新材料异质集成至硅光平台，可打造面向短距、短途互联的下一代电光调制器与光电探测器。

铌酸锂（LiNbO₃）是极具代表性的优质材料，凭借极高的电光系数，非常适配高速光通信系统。另一热门材料为钽酸锂（LiTaO₃），其优势在于电光稳定性优异、损伤阈值高且具备紫外透光性，适用于高功率、温敏场景，以及短波长工作的光通信设备。

但两类材料均含锂元素，难以兼容主流 CMOS 制造工艺；同时，将高速光电探测器等其他器件与这类材料集成，技术落地难度极大。

为攻克上述难题，业内正在探索多种集成方案。晶圆键合技术虽已在铌酸锂器件上实现验证，但成本高昂、效率偏低 —— 键合后需剥离绝大部分基材，还要增设大量后续加工工序。如今，比利时微电子研究中心（imec）推出微转印技术，可将铌酸锂、钽酸锂高效异质集成至硅光平台，成为极具潜力的新方案。

全球首创：微转印技术实现薄膜铌酸锂调制器硅光集成

在本届欧洲光通信大会（ECOC）上，imec 与根特大学团队展示一项技术成果：依托全兼容标准 CMOS 制程的新型高速集成电路，实现 O 波段 320 吉比特每秒（320Gb/s）无放大光链路，可在 2 公里标准单模光纤中稳定传输。

该成果为全球首创，整套验证方案搭配 100 吉赫兹高带宽锗光电二极管，通过微转印工艺将薄膜铌酸锂马赫 - 曾德尔调制器（MZM）集成至 imec 硅光平台，并与定制行波驱动器、跨阻放大器（TIA）共封装。

图 1：(a) 下一代硅光平台架构简化示意图；(b) 硅光子集成电路集成薄膜铌酸锂后的实拍图，及异质电光器件聚焦离子束截面扫描电镜图；(c) 锗硅光电二极管透射电镜图，展示深刻硅槽内的锗层生长结构；(d) 锗光电二极管光电带宽实测曲线。（图源：imec）

此次突破让 imec 率先实现薄膜铌酸锂器件与硅光平台的无缝集成。研发团队优化迭代全套硅光工艺流程，并协同开发光子集成电路（PIC）与电子集成电路（EIC），最大化挖掘性能潜力。该验证方案，为单通道 400Gb/s 光互联技术落地打通了可行路径。

全球首次：薄膜钽酸锂调制器完成硅光异质集成

另一项开创性成果刊发于《自然・光子学》，业内首次实现钽酸锂调制器与硅光子集成电路的异质集成。

该技术沿用适配铌酸锂的微转印工艺，可完全兼容整片晶圆堆叠架构，能与加热器、滤波器、锗光电探测器等器件无缝协同集成，且不会损耗原有器件性能。

图 2：主流高端硅光子集成电路平台基础器件通用架构示意图。（图源：imec）

助力冲刺 400Gb/s 光互联技术里程碑

系列研究成果，彰显 imec 持续突破高速光电路与电子电路设计边界的研发目标。尽管该技术距离全面成熟、商用落地仍有大量优化工作，但探索新材料、依托前沿技术迭代下一代验证方案，是冲刺 400Gb/s 光互联技术里程碑的关键一步。

（来源：imec）