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攻克光電子芯片三大壁壘,開辟高速DFB激光器芯片產(chǎn)業(yè)化新征程

電子工程師 ? 來源:YXQ ? 2019-05-28 10:23 ? 次閱讀
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把 “命門” 掌握在自己手中

我國光電子芯片,已在豫北小城鶴壁獲得突破。其中的PLC光分路器芯片早在2012年就實現(xiàn)國產(chǎn)化,迫使國外芯片在中國市場的價格從每晶圓最高時2400多美元降到100多美元。目前已占全球市場50%以上份額。

更了不起的是,他們研發(fā)的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)芯片,在骨干網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)中心5G基站前傳等領(lǐng)域獲重大突破,其中,骨干網(wǎng)AWG進入相關(guān)領(lǐng)域知名國際設(shè)備商供應(yīng)鏈,高速數(shù)據(jù)中心及5G應(yīng)用技術(shù)有望在國際競爭中領(lǐng)跑。近日,他們已在5G前傳循環(huán)型波分復(fù)用、解復(fù)用芯片核心技術(shù)方面,開始實驗驗證工作。

攻克光電子芯片三大壁壘

5月17日,科技日報記者前往鶴壁采訪。在仕佳光子展廳里,吳遠大介紹,在目前世界上100多類高端光電子芯片中,國內(nèi)有兩大類全系列化芯片技術(shù)基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。一類是主要應(yīng)用于光纖到戶接入網(wǎng)中的PLC光分路器芯片,另一類是主要應(yīng)用于骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)中心和5G領(lǐng)域的陣列波導(dǎo)光柵芯片。“這兩類芯片,都是我們公司研發(fā)的?!眳沁h大說。

今年45歲的吳遠大,是中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員,主要致力于高性能無源光電子材料與器件的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,同步開展PLC光分路器芯片及陣列波導(dǎo)光柵芯片的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)工作。2011年,作為我國光電子事業(yè)主要開拓者王啟明院士團隊的一員,他與所里的6個年輕人一起,來到鶴壁擔任河南仕佳光子科技股份有限公司常務(wù)副總裁,開展院企合作,開啟我國高端光電子芯片的產(chǎn)業(yè)化之路。

吳遠大說,在國家863計劃、973計劃項目資助下,中科院半導(dǎo)體所對這些芯片已經(jīng)開展了十多年的基礎(chǔ)研究,但由于三方面原因,此前一直沒有產(chǎn)業(yè)化。

一是高質(zhì)量的高折射率差硅基SiOx集成光波導(dǎo)材料基礎(chǔ)薄弱。微電子技術(shù)中二氧化硅薄膜材料的厚度,一般僅為幾百納米;而平面集成光波導(dǎo)芯片中,則要求二氧化硅膜的厚度高達幾個微米,甚至幾十個微米,要求無龜裂、無缺陷,且更偏重二氧化硅材料的光傳輸性質(zhì)。國外生長硅基SiOx集成光波導(dǎo)材料的方式主要有兩種:以歐美為代表的化學(xué)氣相沉積法(PECVD),以日本、韓國為代表的火焰水解法(FHD)。PECVD法精度較高,操控性好;FHD法生長速率快,產(chǎn)業(yè)化效率更高,二者各有優(yōu)缺點。而國內(nèi)缺乏相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

二是芯片工藝水平達不到芯片產(chǎn)業(yè)化需求,特別是在整張晶圓的均勻性、穩(wěn)定性方面,如二氧化硅厚膜的高深寬比和低損耗刻蝕工藝。

三是在產(chǎn)業(yè)和市場導(dǎo)向上,過去偏重于買,拿市場換技術(shù)。

“我們帶著這些研究成果來到鶴壁,也許是厚積薄發(fā),2011年建立專用研發(fā)生產(chǎn)線,2012年就完成產(chǎn)業(yè)化工藝技術(shù)開發(fā),2015年P(guān)LC光分路芯片全球市場份額達到50%。那一年,我們出貨芯片2000多萬顆;今年前4個月,每月產(chǎn)量都在200萬顆以上。國際上芯片產(chǎn)業(yè)化十來年才能走完的路,我們?nèi)哪昃蛯崿F(xiàn)了?!眳沁h大說。

兩大研發(fā)計劃,攻克兩座光電芯片山頭

在光分路器芯片成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的同時,他們又把目光投向了陣列波導(dǎo)光柵芯片(AWG)開發(fā)。

2013年,國家863計劃“光電子集成芯片及其材料關(guān)鍵工藝技術(shù)”項目,由仕佳光子牽頭承擔,吳遠大擔任課題負責人。

他們采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積和火焰水解法相結(jié)合的二氧化硅厚膜生長原理,改進厚膜生長設(shè)備,通過對多層結(jié)構(gòu)的二氧化硅材料進行多組分、抗互溶的摻雜,結(jié)合梯度高溫處理及干法刻蝕工藝制程,獲得了不同折射率差的低損耗、低應(yīng)力、高品質(zhì)、高折射率差SiOx光波導(dǎo)材料,且材料生長效率顯著提升,彌補了硅基SiOx集成光波導(dǎo)材料基礎(chǔ)薄弱的難題,為AWG芯片的產(chǎn)業(yè)化打下了堅實基礎(chǔ)。

進一步,在國家重點研發(fā)計劃項目“高性能無源光電子材料與器件研究”資助下,又攻克了多項芯片關(guān)鍵工藝技術(shù),在六英寸硅基/石英基SiOx晶圓工藝的均勻性、重復(fù)性和穩(wěn)定性方面獲得了專利或?qū)S屑夹g(shù),培養(yǎng)了十多位專項工藝技能人才,實現(xiàn)了芯片工藝能力與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的融合融通,研制成功的4通道、8通道及16通道AWG芯片,打破了國外對我國高性能AWG芯片產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的長期壟斷,實現(xiàn)了在國際市場上與國外企業(yè)同臺競爭。

目前,項目團隊擁有AWG芯片設(shè)計及工藝核心發(fā)明專利十多項,并獲得了2017年度國家科技進步二等獎,提升了我國下一代(5G)通信主干承載光網(wǎng)絡(luò)和光互連建設(shè)的核心競爭力。

開辟高速DFB激光器芯片產(chǎn)業(yè)化新征程

現(xiàn)在,仕佳光子又引進中科院半導(dǎo)體所王圩院士團隊,開始了高速DFB激光器芯片產(chǎn)業(yè)化的新征程。

兩個院士團隊的13名專家常年駐扎在鶴壁。鶴壁則以仕佳光子為龍頭,引進了上海標迪、深圳騰天、威訊光電等十多家上下游配套企業(yè),成立了6大省級以上技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新平臺。一個有“芯”的“中原硅谷”正在鶴壁崛起!

“中國芯片雖然已經(jīng)在個別領(lǐng)域趕上了國外先進水平,甚至超越了國外技術(shù)。”但是,吳遠大說,“整體而言,要全面追趕上還需要20年。所以,必須瞄準主要芯片,全面實現(xiàn)國產(chǎn)化!”而這正是他們下一步要攻克的目標。

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原文標題:厚積薄發(fā),國產(chǎn)PLC光分路器芯片占全球市場50%份額

文章出處:【微信號:bdtdsj,微信公眾號:中科院半導(dǎo)體所】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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