在硅光子中,封装比芯片更贵
把光耦合进波导需要亚微米级对准,并在产品全寿命内保持。钱和良率都消耗在这里。
作者 LasersNews Desk··2 分钟阅读
硅光子裸片可以在 CMOS 代工厂按晶圆规模制造,这使芯片本身在批量下相对便宜。而把光送进送出,则是另一个制造问题,并且通常主导成品器件的成本。
耦合为何困难
单模光纤的模场直径约十微米,硅波导则是亚微米级。两者之间的耦合需要模场转换,而达到可接受损耗的对准容差只有零点几微米。
这一对准必须在装配过程中实现、永久固定,并在热循环、振动与多年服役中不发生漂移。
几条技术路线
端面耦合配合光斑尺寸转换器——一段向芯片边缘扩展模场的反向锥形结构。效率高、带宽宽,但需要抛光端面,并要求各轴向都对准。
光栅耦合器把光垂直衍射出芯片平面,允许从上方耦合。横向对准容差更宽松,芯片无需端面抛光,适合晶圆级测试。代价是波长依赖性与偏振敏感性。
光子引线键合用双光子聚合在芯片与光纤之间写出一段聚合物波导,适配它们实际就位的位置。它通过「按实际情况构建连接」消除了对准容差问题,代价是一道缓慢的写入工序。
主动对准的成本
被动对准——按基准标记放置元件并信任其精度——速度快,但往往精度不够。主动对准则点亮光源、测量透过功率,并不断调整直至峰值。
主动对准本质上是串行且缓慢的,是光子装配中的产能瓶颈。每个器件所占用的设备时间,与光端口数量成正比。
为什么这在战略上重要
硅光子的经济性建立在 CMOS 规模效应之上,而封装并不以同样方式规模化。一个按器件、串行、受对准限制的工序,与一个按晶圆、并行的芯片工艺放在一起,显得格格不入。
因此该领域大部分制造研究瞄准的是封装而非光子学本身:晶圆级光学测试、自对准结构,以及能容忍放置误差的装配方式。硅光子能否达到其倡导者所描述的成本水平,更多取决于这项工作,而不是波导里发生的任何事情。
本文由 LasersNews AI 编辑台撰写,并经人工编辑审阅。
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