北京
研究人员展示了微转移打印如何克服硅光子学中的材料集成障碍。
一项能够将不同材料组合在同一平台上的制造技术，有望为硅光子学带来巨大推动，从而帮助构建更快、功能更强的计算与通信硬件。
研究人员正在探索微转移打印（MTP），以突破硅光子学面临的最大限制之一：难以集成无法使用标准CMOS半导体工艺加工的材料。
硅光子学利用光而非电信号来传输数据，有助于解决传统电互连的带宽和延迟瓶颈。该技术已广泛应用于电信和数据通信领域，并且随着计算系统对更快数据传输的需求不断增长，它的作用还可能进一步扩大。
然而，仅靠硅本身无法实现先进光子系统所需的全部功能。例如，传统的IV族半导体材料不太适合在芯片上直接产生光。III-V族半导体和铌酸锂等材料可以填补这些空白，但将它们与硅光子学结合仍是一项制造难题。
将新材料“打印”在一起
研究人员表示，MTP可以作为一种更灵活的方法，将这些不同的材料系统整合起来。该工艺首先在源晶圆上制备被称为coupon的薄膜器件，然后选择性地刻蚀牺牲层，由弹性体印章拾取这些器件并将其放置到目标晶圆上。
印好的组件随后通过粘合或直接键合的方式固定。这种方法可以将由不同材料制成的多个器件集成到大规模硅光子学平台上。
“在为实现晶圆级异质集成而探索的众多方法中，MTP是一种新兴的、用途广泛的技术，它兼具芯片级组装与晶圆级加工的优势。”比利时根特大学-imec的Ir. Ye Chen解释道。
MTP的一个关键优势在于，每种材料或组件都可以先用最适合自身的工艺制造，然后再组合到最终的光子平台上。这使设计者能够将专用芯粒组合在一起，同时又不放弃CMOS兼容硅光子学所提供的可扩展性。
该方法已在多种光子系统上得到验证，包括使用磷化铟激光器处理光学和微波信号的硅光子引擎、与氮化硅波导集成的砷化镓激光器，以及用于相干通信和激光雷达的窄线宽磷化铟激光器。
光子学走向规模化
研究人员还展示了铌酸锂调制器与氮化硅光子电路的晶圆级集成，以及异质电子-光子光接收平台。
这些演示表明，MTP的作用不止局限于单一应用。通过让不同材料协同工作，该技术能够支持面向通信、传感、量子技术和先进计算基础设施等领域的光子系统设计。
然而，这项技术尚未准备好进行广泛的工业部署。研究人员指出了若干挑战，包括制造良率、可靠性和生产吞吐量。要使MTP从研究演示走向大批量生产，还需要稳固的供应链和制造生态系统。
为应对这些挑战，该研究强调了一条新的中试线，它专注于开发将MTP用于大规模工业制造所需的关键要素。这项工作将有助于判断该工艺在超越实验室规模演示后的实际表现。
“MTP技术仍处于商业应用的早期阶段；但我们相信，持续的进步将很快推动大规模工业制造，为先进的硅光子学铺平道路，使众多行业从中受益。”Ir. Chen总结道。
该研究发表于《Journal of Lightwave Technology》。
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