中國科學(xué)院院士楊德仁：網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要硅基光電子 中國已接近國際先進(jìn)水平

5月17日消息（趙婷婷）5月17日，2024年世界電信和信息社會日大會在浙江省寧波市召開，本次大會主題是“數(shù)字創(chuàng)新賦能新型工業(yè)化”。在今天上午的開幕式上，中國科學(xué)院院士楊德仁分享了關(guān)于硅基光電子發(fā)光材料和器件的進(jìn)展。

楊德仁表示，集成電路是通信和信息的基礎(chǔ)，發(fā)展特征是線寬不斷降低。從以前的180納米到現(xiàn)在的45納米、10納米、7納米，但是也遇到了一些新的挑戰(zhàn)，包括特征尺寸有物理限制，當(dāng)?shù)?納米、1納米很難繼續(xù)下去，另外電互聯(lián)信號延遲、帶寬受限，而且功耗密度不斷上升。

“三年前在nature上有一篇文章，說摩爾定律已死，我們走入了后摩爾時代，如何發(fā)展集成電路和信息？”有兩個方向：一是more and more Moore，二是More than Moore，一方面線寬不斷降低，另一方面多元化、集成化，把集成電路和光電子集成起來，稱之為硅基光電子或者硅基集成。

楊德仁強(qiáng)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要硅基集成。“由于硅基光電子有著重大的優(yōu)勢，在通訊數(shù)據(jù)中心，自動駕駛都有重大的應(yīng)用背景和前景。美國、日本、德國，所有西方發(fā)達(dá)國家都投入了巨資進(jìn)行研究，特別是美國前幾年還專門成立了一個研究院做硅基光電子，英特爾累計投入超過40億美元來從事硅基光電子工作。“

同時，硅基光電子已經(jīng)形成了初步的產(chǎn)業(yè)，包括世界主要企業(yè)，國內(nèi)騰訊、百度、阿里都在其中，而且材料光電子也形成了一個產(chǎn)業(yè)鏈。硅光光模塊已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，英特爾硅光模塊出貨量達(dá)到500萬只，2026年預(yù)計硅光光模塊占市場的30%-50%以上，硅基光電子已經(jīng)成為蓬勃發(fā)展、即將爆發(fā)的新產(chǎn)業(yè)。但是在硅基光電子上包括光源、波導(dǎo)、調(diào)試、探測、集成一系列程序，最難的是硅的光源，到現(xiàn)在才解決了一半，問題在哪兒？

楊德仁指出，硅基光電子的光源一方面要發(fā)出激光在硅材料上，另一方面也要在集成電路兼容。但硅是間接半導(dǎo)體，由于物理性能的限制，硅不能發(fā)光，或者說發(fā)光效率極低，硅基光電子發(fā)光就成為一個世界的難題。

在這個難題上，全世界做了多樣化的探索。到目前為止，室溫電致發(fā)光效率太低，室溫電泵激光還沒有實現(xiàn)，難點在于如何實現(xiàn)硅上和集成電路的發(fā)光。

而利用集成電路的工藝導(dǎo)致發(fā)光，全世界都沒有解決。但在這方面我國已做了很多探索，例如20年前由浙江大學(xué)舉辦了國內(nèi)第一屆硅基光電子材料與器件研討會，已經(jīng)連續(xù)舉辦了17屆。目前中國的硅基光電子已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平。在硅基的激光器上，也走入了世界先進(jìn)水平，但還沒有走入產(chǎn)業(yè)化。

演講最后，他表示，硅基光電子是未來信息技術(shù)的重要方向之一，而硅基片間互連光源可以用鍵合技術(shù)，但硅芯片上光互連用光源依然是瓶頸，硅基量子點、硅基Ge/GeSn、硅基稀土發(fā)光是重要途徑，但依然等待突破。“這需要全世界同仁的共同努力，可能在未來五年十年當(dāng)中，我們真正能夠解決硅基光電子上的光源問題。”

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