[導讀]基于硅基微納波導的硅基光子學由于可以實現超小體積、低能耗、CMOS兼容的單片高密度光電集成，已被各國公認為突破計算機和通信超大容量、超高速信息傳輸和處理瓶頸的最理想技術之一。日前，中科院半導體研究所在該領
基于硅基微納波導的硅基光子學由于可以實現超小體積、低能耗、CMOS兼容的單片高密度光電集成，已被各國公認為突破計算機和通信超大容量、超高速信息傳輸和處理瓶頸的最理想技術之一。
日前，中科院半導體研究所在該領域取得世界領先水平的重大技術突破。半導體所由王啟明院士率先開展硅基光子學研究，近年來在光調制器及大規(guī)模光開關等方面持續(xù)保持國際一流研究水平。最近，肖希、李智勇、徐浩和李顯堯等青年科研人員在俞育德、余金中和儲濤研究員的指導下，在完成從電到光信號轉換功能的光調制器這一最能代表硅基光子學研究水平的器件的研制上，采用研究組自主首創(chuàng)并被世界公認的插指型反向PN結光電結構（圖1），在本所集成技術工程中心和中芯國際公司（SIMC）的大力協助下，使用國內企業(yè)CMOS工藝，研制成功MZI馬赫-曾德干涉器型（圖2）和MRR微環(huán)共振腔型（圖3）兩種全硅波導調制器，并實驗驗證其最為關鍵的調制速率雙雙達到44Gbps超高頻調制速率（達到現有測試系統(tǒng)極限），預計實測調制速率還有可能通過改進測試系統(tǒng)達到進一步提高。
其中，MRR型調制器的調制速率以領先原有世界紀錄達14Gbps之多的水平而躍居世界第一；MZI調制器因受測試系統(tǒng)限制，目前實測調制速率也已進入世界前三位，僅次于阿爾卡特-朗訊及英國薩里大學今年剛剛發(fā)表的最新結果50Gbps。器件的其他指標經測試也已達到或超過當今世界一流水平。
本項器件研制工作從創(chuàng)意、設計、制作到測試全程由國內青年科技人員完成，具備完全的自主知識產權。
這些成果的取得標志著中科院半導體研究所在硅基調制器的研究方面占據國內絕對領先優(yōu)勢，也標志著我國硅基光子學研究研究在關鍵器件的研究上已經達到國際領先水平。這為實現超高速、超低功耗的硅基光互連，為我國迎接計算機和通信領域超高速、超大容量信號傳輸和處理的革命性變革奠定了基礎。
該項研究工作主要由中科院知識創(chuàng)新工程重要方向項目資助啟動實施，研究執(zhí)行期間陸續(xù)得到了國家973項目、863項目以及國家自然科學基金的資助。
600)this.style.width=600;" border="0" /> 圖1：插指型反向PN結波導光電結構示意圖
圖2：MZI干涉器型硅基調制器。（左）器件光學顯微鏡頂視圖（右）44Gbps調制器輸出眼圖
表2：硅基微環(huán)調制器性能比較
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日前，中科院半導體研究所在該領域取得世界領先水平的重大技術突破。半導體所由王啟明院士率先開展硅基光子學研究，近年來在光調制器及大規(guī)模光開關等方面持續(xù)保持國際一流研究水平。最近，肖希、李智勇、徐浩和李顯堯等青年科研人員在俞育德、余金中和儲濤研究員的指導下，在完成從電到光信號轉換功能的光調制器這一最能代表硅基光子學研究水平的器件的研制上，采用研究組自主首創(chuàng)并被世界公認的插指型反向PN結光電結構（圖1），在本所集成技術工程中心和中芯國際公司（SIMC）的大力協助下，使用國內企業(yè)CMOS工藝，研制成功MZI馬赫-曾德干涉器型（圖2）和MRR微環(huán)共振腔型（圖3）兩種全硅波導調制器，并實驗驗證其最為關鍵的調制速率雙雙達到44Gbps超高頻調制速率（達到現有測試系統(tǒng)極限），預計實測調制速率還有可能通過改進測試系統(tǒng)達到進一步提高。
其中，MRR型調制器的調制速率以領先原有世界紀錄達14Gbps之多的水平而躍居世界第一；MZI調制器因受測試系統(tǒng)限制，目前實測調制速率也已進入世界前三位，僅次于阿爾卡特-朗訊及英國薩里大學今年剛剛發(fā)表的最新結果50Gbps。器件的其他指標經測試也已達到或超過當今世界一流水平。
本項器件研制工作從創(chuàng)意、設計、制作到測試全程由國內青年科技人員完成，具備完全的自主知識產權。
這些成果的取得標志著中科院半導體研究所在硅基調制器的研究方面占據國內絕對領先優(yōu)勢，也標志著我國硅基光子學研究研究在關鍵器件的研究上已經達到國際領先水平。這為實現超高速、超低功耗的硅基光互連，為我國迎接計算機和通信領域超高速、超大容量信號傳輸和處理的革命性變革奠定了基礎。
該項研究工作主要由中科院知識創(chuàng)新工程重要方向項目資助啟動實施，研究執(zhí)行期間陸續(xù)得到了國家973項目、863項目以及國家自然科學基金的資助。
600)this.style.width=600;" border="0" /> 圖1：插指型反向PN結波導光電結構示意圖
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圖3：MRR微環(huán)共振腔型硅基調制器。（左）器件光學顯微鏡頂視圖（右）44Gbps調制器輸出眼圖
表1：國內外30Gb/s以上硅基MZI調制器的性能比較| 單位 | 調制速率 (Gbps) | 消光比（dB） | 驅動電壓（V) | 長度（mm） | VπL（Vcm） |
插損（dB） |
參考文獻 |
| Intel | 40 | 1.2 | 6.5 | 1 | 4 | 4 | EL 43 (2007) 1196 |
| ETRI | 30 | 7.2 | 1.2 | 1 | 1.59 | 6.8 | OE 19 (2011) 26936 |
| Surrey | 50 | 2.2 | 6.5 | 1 | 4.2 | 3.7 | PTL 24(2012) 234 |
| Alcatel-Lucent | 50 | 4.7 | 4.5 | 2 | 2.4 | 4.1 | OE 20 (2012)6163 |
| 半導體所 | 44 | 5.5 | 5 | 0.75 | 1.1 | ~ 3 | 待發(fā)表 |
| 單位 | 調制速率 (Gbps) | 消光比（dB） | 長度 （m） | 驅動電壓 （V） | 功耗（fJ/bit） | 參考文獻 |
| IBM | 30 | 3.3 | 163 | 1.6 | 335 | CLEO (2011) PDPB9. |
| Oracle | 25 | 5 | 15 | 1 | 7 | OE 19 (2011) 20435 |
| Sandia | 10 | 5 | 3.5 | 0.5 | 3 | OE 19, (2011) 26017 |
| Toronto&IBM | 28 | 10 | > 200 | 1.5 | OFC (2012) OM3J | |
| 半導體所 | 44 | 3 | 22 | 3.5 | 70 | 待發(fā)表 |
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