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集成电路是通信和信息的基础,发展特征是线宽不断降低。从以前的180纳米到现在的45纳米、10纳米、7纳米,但是也遇到了一些新的挑战,包括特征尺寸有物理限制,当到3纳米、1纳米很难继续下去,另外电互联信号延迟、带宽受限,而且功耗密度不断上升。

“三年前在nature上有一篇文章,说摩尔定律已死,我们走入了后摩尔时代,如何发展集成电路和信息?”有两个方向:一是more and more Moore,二是More than Moore,一方面线宽不断降低,另一方面多元化、集成化,把集成电路和光电子集成起来,称之为硅基光电子或者硅基集成。

杨德仁强调,网络发展需要硅基集成。“由于硅基光电子有着重大的优势,在通讯数据中心,自动驾驶都有重大的应用背景和前景。美国、日本、德国,所有西方发达国家都投入了巨资进行研究,特别是美国前几年还专门成立了一个研究院做硅基光电子,英特尔累计投入超过40亿美元来从事硅基光电子工作。“

同时,硅基光电子已经形成了初步的产业,包括世界主要企业,国内腾讯、百度、阿里都在其中,而且材料光电子也形成了一个产业链。硅光光模块已经大规模应用在数据中心内,英特尔硅光模块出货量达到500万只,2026年预计硅光光模块占市场的30%-50%以上,硅基光电子已经成为蓬勃发展、即将爆发的新产业。但是在硅基光电子上包括光源、波导、调试、探测、集成一系列程序,最难的是硅的光源,到现在才解决了一半,问题在哪儿?

杨德仁指出,硅基光电子的光源一方面要发出激光在硅材料上,另一方面也要在集成电路兼容。但硅是间接半导体,由于物理性能的限制,硅不能发光,或者说发光效率极低,硅基光电子发光就成为一个世界的难题。

在这个难题上,全世界做了多样化的探索。到目前为止,室温电致发光效率太低,室温电泵激光还没有实现,难点在于如何实现硅上和集成电路的发光。

而利用集成电路的工艺导致发光,全世界都没有解决。但在这方面我国已做了很多探索,例如20年前由浙江大学举办了国内第一届硅基光电子材料与器件研讨会,已经连续举办了17届。目前中国的硅基光电子已经接近国际先进水平。在硅基的激光器上,也走入了世界先进水平,但还没有走入产业化。

演讲最后,他表示,硅基光电子是未来信息技术的重要方向之一,而硅基片间互连光源可以用键合技术,但硅芯片上光互连用光源依然是瓶颈,硅基量子点、硅基Ge/GeSn、硅基稀土发光是重要途径,但依然等待突破。“这需要全世界同仁的共同努力,可能在未来五年十年当中,我们真正能够解决硅基光电子上的光源问题。” 


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