什么是硅光子学？
硅光子学是一种在硅光微芯片上制造光学和电子集成电路的技术。自 2000 年代以来，主要企业研究机构进行了研究和开发。近年来，硅光子学引起了人们的关注，因为通信技术的发展增加了对快速高效传输和接收数据的需求。而一些公司，经过最近的研究，终于进入了商业化阶段，开始提供设计服务和制造硅光子学产品。 在本文中，我们与提供硅光设计服務，以及与各家晶圆代工厂合作提供生产服务的VLC Photonics S.L.合作，介绍硅光子学的基础知识和示例案例。
硅光子学是一种在硅衬底上集成光电探测器等元件的技术。
硅光子学是一种在硅衬底上集成光波导、光开关、光调制器和光电探测器等元件的技术。近年来，随着信息传输量的增加，支持它的信息和通信技术需要能够处理更快的处理、巨大的经济负担和能源消耗。硅光子学因其经济性、高集成密度、高能效而备受关注。如今，硅光子学已用于通信和传感器，并有望进一步应用于物联网和5G的发展和普及。
硅光子学的特点
- 高速传输
- 小型化器件和低功耗降低环境负荷
- 通过使用硅CMOS集成电路制造基础设施可以相对便宜地制造
硅光子学和光学单元等光子集成电路的区别
是什么让光子集成电路与相同的光学技术不同？让我们将其与组合多个光学元件的光学单元进行比较。
光子集成电路可以比光学单元达到更高的小型化
在光学单元中，单个光学元件固定在外壳上，排列和组装。而光子集成电路可以把多个光学原件集成在一个芯片上，使其更小。
光子集成电路可以用比光学单元更少的光能运行
与分别封装的光学元件之间工作的光学单元相比，光子集成电路由于其结合了集成的微光学元件的结构，可以在微小的光能下工作。此外，它利用了光子晶体结构的强光学约束效应，使器件小型化，需要更少的光能。
硅光子学研发和实际应用的三个例子
今天，在世界各地，都在努力研发和商用化硅光子学。
1. 调制器缩小到1000分之1/Intel
在 2020 年 12 月的“2020 年英特尔实验室日”上，硅光子学是一个值得关注的研究课题。推出了调制器，从传统的元件尺寸减小到1/1000。
2. 开发使用硅光子学的光收发模块/NTT
为了实现从网络到终端的全光子学网络技術， NTT将基于硅光子学的技术引入，开发了使用硅光子学的光收发模块。
3. 与代工厂合作，提出灵活的解决方案 / VLC Photonics
位于西班牙瓦伦西亚的VLC Photonics（以下简称“VLC”）支持光子集成电路的开发，包括硅光子学和设计用于光通信和自动驾驶汽车的LiDAR（光检测和测距，一种基于光的遥感技术），以及用于光纤传感的硅光子学。作为一家无晶圆厂公司，VLC通过其广泛的芯片代工厂网络，为产品和应用提供最佳解决方案。
硅光子学制造光子集成电路的六个步骤
硅光子学目前在光通信、传感和生物光子学领域备受关注。让我们看看使用硅光子学设计和制造光子集成电路的过程。
- 兼容性调查 调查和检查光子集成电路创建对应用和业务的适用性
- 工程研究 根据光学系统的规格，VLC确认光子集成电路所需的规格。
- PIC设计 设计光学元件和电路配置
- 制造 在晶圆厂制造VLC设计的PIC
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性能验证
评估光子集成电路的特性，测试其性能是否符合要求。
然后，VLC 将对封装好的PIC进行系统级别测试。 - 封装 将光子集成电路和其他组件封装在一起
硅光集成电路设计与制造的工艺流程.
硅光集成电路需要从设计、测试到生产的专业知识和技术，门槛相对较高。但是，VLC可以提供从原型开发到批量生产的一致支持。
硅光子有望应用于通信、汽车、医疗等领域。
硅光子学有望用于各种领域，而不仅仅是光电信。在日本，在汽车领域，硅光子学在激光雷达的实际应用方面取得了进展，这对于自动驾驶至关重要。在量子通信领域，大学和研究机构正在进行和使用硅光子学和光子集成电路的实验和研究。VLC可以为您提供从研究阶段到制造阶段的支持。 此外，光子集成电路技术有望在生物光子学领域得到应用，这在当今引起了更多的关注。VLC参与了PIX4life，这是一个在欧洲生命科学领域引入光子集成电路技术的开放平台，并着手将光集成电路技术引入医疗领域。 硅光子学有望在未来得到进一步发展和应用。如果您对光子集成电路感兴趣或正在寻找具有扎实知识和专有技术的合作伙伴，为什么不咨询VLC？
关于VLC，帮助撰写本文的公司。
从业务和技术角度全面支持客户实现光子集成电路。
VLC从西班牙瓦伦西亚技术大学分离出来，是一家设计硅光子学和其他光子集成电路的无晶圆厂公司。2011年，VLC由该大学教授Jose Capmany和该大学副教授Pasqual Muñoz创立。成员具有高水平的学术知识，他们帮助客户创建光子集成电路。
业务方面和技术方面的支持
VLC了解各种行业趋势及其标准的信息，并且可以评估光子集成电路所需的规格和成本。此外，他们可以估计从研发到批量生产阶段的价格，这使我们能够评估和检查业务和技术方面。
光子集成电路不仅可以使用硅设计，还可以使用其他化合物半导体进行设计。
除了用硅光子学设计外，VLC还擅长用InP（铟化磷）和GaAs（砷化镓）等其他化合物半导体进行设计。未来，光子集成技术有望应用于各种应用，但在某些情况下，硅可能无法满足要求。通常，设计光子集成电路的公司会指定硅作为要使用的材料，但是在VLC，成员不仅对硅而且对各种半导体化合物都有研究经验和深入的了解，因此他们可以提出广泛的解决方案并更好地满足客户需求。
提供光子集成电路测试服務。
大多数其他无晶圆厂公司只做设计，但VLC可以在设计和制造后评估PIC的性能。制造后，对电路的性能进行测试，如果不符合要求，则提出改进措施，以始终如一地支持从设计、制造和封装的原型制作。VLC拥有驱动芯片的半导体，光学探针等测量组件和测试设备，因此当客户要求测试时，他们可以立即响应。此外，VLC拥有不仅可以在芯片级别进行测试的设备，还可以在晶圆级别进行测试，从而大大减少了测试时间。 硅光子学的实用化和量产面临的挑战之一是设计时的仿真结果与实际封装后的性能之间存在较大差距。VLC致力于通过积累表征和评估结果数据方面的内部专业知识来解决这个问题。
拥有广泛的晶圆厂伙伴/通路
VLC设计由各种硅系列和其他化合物制成的光子集成电路，他们擅长选择晶圆厂并根据其基础材料与他们合作。在PIC的封装方面，他们还与各种封装公司建立了合作伙伴关系，因此可以提供满足客户需求的封装服务。 即使客戶可以设计光子集成电路，我们也需要考虑制造问题，例如是否可以制造以及良率是多少。 通过与许多晶圆厂的合作，VLC积累了专有技术，使其能够根据产品和晶圆特性设计出产量更高的产品。因此，VLC可以为客户所需的设计选择并提出最佳的晶圆厂。
国际公认的技术能力
VLC的技术能力是国际公认的。2019年，他们被授予“PIC开发最佳成就奖”，该奖项授予在光子集成电路设计方面表现最佳的公司。同年，他们被授予“光波创新奖”，以表彰其在PIC领域和光通信领域的工作。 他们还参与了欧洲的一些研发项目。例如，当他们参与一个名为“CiViQ”的国际项目，为欧洲的量子通信搭建平台时，他们设计了具有先进安全性的通信模块内的光子集成电路。