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硅基光电子集成技术
前沿报告

目录

一、微电子技术、光电子技术与硅光技术.........................................................1

二、硅光技术定义与特点.....................................................................................3

（一）超高兼容性..............................................................................................3

（二）超高集成度..............................................................................................4

（三）强大的集成能力......................................................................................5

（四）超大规模制造能力..................................................................................6

三、国内外硅光技术和产业发展现状.................................................................7

四、硅光技术中微电子与光电子融合的难题和挑战.......................................10

(一)急需构建适用于大规模光电集成芯片的元器件库.............................10

(二)急需加强光电子融合芯片的工艺能力和基础积累.............................11

(三)急需强化光电子融合芯片的架构设计能力.........................................11

(四)急需增强光电子融合芯片的封装及调控技术.....................................11

五、硅光技术发展前景展望以及相关政策建议...............................................12

一、微电子技术、光电子技术与硅光技术

自从1958年第一颗集成电路，特别是IntelCPU发明以来，微电

子技术便一直遵循着摩尔定律发展，已经成为信息社会发展的主要驱

动力之一。在过去的半个世纪里，微电子芯片的集成规模提升了十亿

倍以上。据悉，采用5nmCMOS工艺的苹果处理器芯片A14内部已

集成了150亿颗晶体管，其运算性能可比肩目前性能最强的MacBook

笔记本电脑。我们生活中的每个角落都充斥着各种各样的微电子芯片，

它们感知、处理并产生了海量的信息，让人类社会变得越来越智能和

便捷，但是这些数字化信息的传递和通信成为一大难题。

为了解决信息传输问题，人们注意到了另一种信息载体——光子。

光子可以以宇宙中最高的速度传输，其传输速率不会随着传输通道变

窄而变慢，而且不易发生串扰，因此十分适合信号的通信和传输。相

比于电导线互连，光通信技术具有超高速率、超大容量、超长传输距

离和超低串扰等显著优势，因而被广泛地应用在电信网络、卫星通信、

海底通信、数据中心和无线基站等通信设备中。目前，人类社会超过

95%的数字信息需要经过光通信技术来传播，其重要性不言而喻。光

通信系统所必需的光源、调制（电信号转换为光信号）、传输、控制、

探测（光信号转换为电信号）等功能都需要通过光电子器件来实现。

研究和利用光电子器件中的光子和电子相互作用机制和功能的技术

则被称为光电子技术。集成多种光电子元器件功能的芯片也就被称为

光电子集成芯片，或简称为光芯片。

在微电子技术和光电子技术这两大支撑性技术的共同发展和推

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动下，我们已经逐渐构建起一个“电算光传”的信息社会。然而，随

着微电子芯片和光电子芯片的物理极限被不断迫近，两大技术都面临

着严峻的挑战。一方面，微电子“摩尔定律”接近终结。微电子芯片

内部集成度不断提高，晶体管尺寸不断微缩导致量子效应的影响加剧，

晶体管的不可靠性显著增加。此外，微电子芯片所产生的大量信号无

法有效地通过其内部的精细电导线传递出来，出现了“茶壶里煮饺子

倒不出来”的信息拥堵现象，成为