硅发光了！答案就在新型硅锗合金里

 
 
硅发光了！答案就在新型硅锗合金里  
 

随着信息技术的发展，摩尔定律屡屡被传即将失效，因为现有的电互连难以满足高传输容量、低功耗、高密度的信息互连。用光学链路替代芯片间电学信息互连是一种必然趋势。

如今，硅基光电子学的几乎所有光电子器件都已被研制出来，唯有高效光源还没有一个很好的解决方案，它也因此成为了光电集成领域的必争之地。

最近，荷兰埃因霍芬理工大学的科研团队开发了一种能发光的硅锗合金，研究成果发表在《自然》上。这种全新的材料可以为硅基光源开辟一条新的出路。而目前，团队正在用它创造一款能够集成到现有芯片中的硅基激光器。

最后的“圣杯”

在20世纪，硅对人类世界产生了巨大的影响，通过半导体集成电路构成了现代信息产业发展的基石。电子芯片自产生以来一直遵循着摩尔定律集成化的发展道路，即每隔18～24个月，单位面积集成电路上可容纳的元器件的数目就会增加一倍，性能也将提升一倍。然而，进入上世纪90年代，芯片的集成速度已经开始放缓，甚至趋于停滞。

随着信息数据的爆炸性增长，为了大容量和高速率传输的需要，晶体管特征尺寸不断减小，电互连面临着信号延迟大、传输带宽小、信号串扰大、功耗大、加工困难、成本高等局限，这促使我们必须寻求新的技术途径。

此时，硅基光子芯片应运而生。硅基光子芯片具备了电子芯片尺寸小、耗电少、成本低、集成度高的特性，同时吸收了光子芯片多通道、极高带宽、超快传输速率和高抗干扰性的优势，能满足未来芯片进一步发展的要求。

所谓硅基光子技术，是指以硅和硅基衬底材料作为光学介质，通过集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件，并利用这些器件对光子进行产生、处理、操纵、和探测，以实现它在光通信、光互连、光传感、光计算等领域中的实际应用。未来，它将会在5G通信、高性能超级计算机、大型数据中心、激光雷达、量子计算、智能芯片等方面发挥重要作用。

4月11日，源自美国麻省理工学院、由中国科学家团队领衔的光子芯片公司——曦智科技刚刚完成了2600万美元A轮融资，成为了目前全球融资额最高的光子计算创业公司。两年来，为了给机器智能提供更强大的算力，基于硅光子技术的光子计算越来越受到关注。

不过，这些应用似乎更像是热门“话题”，而市场上尚未真正出现堪称“杀手级”的应用需求、应用场景。

清华大学电子工程系教授甯存政指出，要利用硅基光子技术真正实现光电集成这件事，有两大问题始终悬而未决。

首先，传统的光子材料与硅及CMOS工艺难以兼容，缺乏高效发光的硅基片上光源成为了光电“携手”的一条天然鸿沟，因此，硅基高效光源也被视为是硅基光电子学领域最后的“圣杯”。

其次，传统光子器件尺寸太大，如何将光子器件缩小至电子器件的尺寸，也是实现光电集成芯片的一大阻碍。对此，甯存政有个形象的比喻：传统光子器件相当于一个六七百米高的一个摩天大楼，电子器件相当于摩天大楼旁边放着的小板凳，它们之间整整差了三个数量级。

对于横亘在理想和现实之间的这两座大山，无论是科学家还是企业研发团队都还没有成熟的绝招。甯存政形容当前的硅基光子技术领域，“正是百家争鸣、百花齐放的时候，面前摆着各种不同的技术路径”。

会发光的六方结构硅锗合金