简介
硅基光电子是新兴技术，使用硅芯片上的光信号革命性地改变数据传输和处理。欧洲和美国都认识到硅基光电子技术的巨大潜力，并积极地建立供应链和制造能力。
欧洲发展硅基光电子供应链的方法
欧洲采取了协调的方法，在区域能力上建立独立的供应链。欧盟将光电子技术列为关键启用技术，6月，欧盟推出了一项4800万欧元、为期3.5年的项目，以商业化硅光电子。这一photonixFAB项目由硅芯片制造厂X-FAB领导，并包括Nokia、Nvidia、LIGENTEC、IMEC和CEA-Leti等公司，旨在推动光电子产品创新，并为大规模生产铺平道路[1]。
X-FAB的Joni Mellin，负责光电子和业务发展的产品营销经理，认为项目的时机正好。X-FAB的工厂在过去十年里一直在德国、法国和马来西亚的多个地点为光电子相关设备加工芯片，而对这类服务的客户需求正在快速上升[1]，Mellin表示。他说：“何时开始支持这些活动总是一个有点困难的问题，尤其是当市场还没有确切形成时。但我们看到越来越多的大公司投资于集成光电子芯片项目，还有中小型公司也在开发产品，现在试图将它们推向市场。”
许多终端客户希望开发商业硅基光电子相关产品，并正在寻找大规模制造合作伙伴，Mellin说。“集成光电子已经达到一个成熟的水平，开始有意义地安装大规模制造能力。行业已经认识到大规模制造能力的缺乏将形成障碍，所以我们正在与photonixFAB的合作伙伴一起建立一个工业价值供应链。” photonixFAB正在X-FAB为基于比利时IMEC和LIGENTEC开发的硅基绝缘体（SOI）和硅氮化物（SiN）光电子技术设置异构集成制造线。最终，SiN平台将通过LIGENTEC商业化。
photonixFAB 的目标之一是为欧洲创造一条产业价值链。(来源：photonixFAB）
photonixFAB的目标之一是为欧洲创建一个工业价值链。作为这些活动的一部分，基于磷化铟（InP）、铌酸锂（LNO）和锗的组件也将被集成到基于SOI和SiN的PICs中。到项目结束时，每个平台都将为不同技术准备度的低量产和原型制造做好准备，并为大规模制造确立清晰的路径[1]。
到目前为止，异构集成主要是通过片对晶键合以及有源和无源组件的主动对准来实现的。新项目将采取不同的方法，并专注于微转印（MTP），这是从长期的X-FAB合作伙伴X-Celeprint（Cork, Ireland）获得的许可。据Mellin介绍，这种大规模并行的取放过程可以根据不同的工艺节点和技术堆叠芯片，从而更快速、更经济地交付PICs。X-FAB还将与photonixFAB合作伙伴Smart Photonics（Eindhoven, Netherlands）合作，简化InP组件到平台的集成。X-FAB最近从ASML、NXP和其他行业和金融投资者那里获得了1亿欧元的资金，用于加大InP芯片和芯片组的制造。与此同时，Luceda Photonics将为SOI和SiN技术建立PDK。Phix Photonics Assembly（Enschede, Netherlands）将为大规模生产扩大PIC封装过程。主要的应用开发商Nokia、Nvidia、Aryballe、Brolis Sensor Technology和PhotonFirst已经加入，测试PICs在数据通信和光开关以及消费者健康护理的红外光谱测定等用例中的使用。
从photonixFAB制定的计划中可以清楚地看出，工业规模的集成光电子供应链的零件正在被小心地放置到位——有人可能会说现在是时候了。众所周知，美国和亚洲在商业PIC流程上都比欧洲领先一步。正如Mellin指出：欧洲曾经在半导体发展方面领先，但随后制造业主要转移到了亚洲。这可能激励了欧盟的决策者和成员国为欧洲提供刺激和PIC工业价值链的计划，这就是photonixFAB的全部内容，”他说。“通过这个计划，我们的客户不需要去美国、中国或亚洲其他地方制造他们的芯片。”
美国在发展硅基光电子供应链的努力
与欧洲不同，美国的硅基光电子领域更多地受到公司和财团市场驱动。美国集成光电子制造研究所(AIM Photonics)汇集了工业、学术界和政府，以共同推进集成光电子制造。 AIM Photonics操作先进的300mm晶圆制造设施，用于快速进行原型制造和试产。成员公司如Cisco、IBM和Intel以及制造商如GlobalFoundries都在为其技术路线图建言献策。AIM Photonics还提供封装能力，以实现完全的内部制造。 这些成员视AIM Photonics为加速硅基光电子的商业化。此外，像MIT这样的光电子研究巨头也正在与工业合作，并吸引初创企业。 AIM Photonics拥有EDA/EPDA联盟供应商如Synopsys、Cadence和Mentor/Siemens EDA提供光电芯片设计软件，可用以促进硅基光电子设计自动化。 美国和欧洲之间存在合作，包括研究机构和标准机构之间的联合项目。但两者各自都希望在硅基光电子技术上领先，目标是各自建立自主可控的供应链。
硅基光电子制造成熟的机会和挑战
先进的硅基光电子制造仍面临着相当大的挑战。制造必须在大规模上精确地集成光电子、电子和光学材料，这需要巨大的资本投资。污染控制和质量测试要求非常严格。 这些需求使得已建立的硅半导体制造商在光电子扩展上具有优势。像Intel、TSMC和GlobalFoundries这样的巨头正在利用其现有的CMOS基础设施和流程专业。工艺厂平台还为客户的产品开发提供经过验证的PDK。EDA和EPDA工具无缝集成光电子和电子电路设计对于可靠和高效的集成光电子芯片开发很关键。这些工具的标准和互操作性也很重要。
结论
欧洲和美国都认识到，为了实现硅基光电子技术的全部潜力，需要使制造业成熟，以可靠、经济地生产大量的集成光电子芯片。培养地区供应链将支持这一目标，同时允许每个地区都从其在研究和商业化方面的各自优势中受益。有针对性的合作助力了建立自主可控的硅基光电子供应链的努力。
参考资料
[1] https://www.eetimes.eu/a-silicon-photonics-supply-chain-for-europe/
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