近日，湖北九峰山實驗室（JFS）在硅光子整合領域取得了里程碑式的突破性進展，成功點亮了整合到矽基晶片內部的雷射光源。這一技術在國內尚屬首次實現，標誌著中國在硅光子學晶片領域取得了重大突破，成功突破了晶片間巨量資料傳輸的物理瓶頸。 九峰山實驗室的這一成果採用了自研的異質整合技術，經過複雜的工藝過程，在8吋SOI晶圓內部成功完成了磷化銦雷射器的工藝整合。這一技術被業內稱為“晶片出光”，它通過使用傳輸性能更好的光訊號替代電訊號進行傳輸，顛覆了傳統的晶片間訊號資料傳輸方式，解決了當前芯間電訊號已接近物理極限的問題。 隨著人工智慧大模型的開發和應用、自動駕駛、遠端醫療、低延時遠端通訊等領域對算力的需求不斷增加，傳統的在單個晶片上增加電晶體密度的方法已越來越難以滿足需求。因此，業界開闢了新的思路，將多個芯粒封裝在同一塊基板上，以提升電晶體數量。然而，這也帶來了新的問題：在單個封裝單元中芯粒越多，它們之間的互連就越多，資料傳輸距離也就越長，傳統的電互連技術迫切需要演進升級。 與電訊號相比，光傳輸的速度更快、損耗更小、延遲更少，因此晶片間光互聯技術被認為是推動下一代資訊技術革命的關鍵技術。九峰山實驗室的硅光工藝團隊與合作夥伴經過近十年的協同攻關，終於成功點亮了片內雷射，實現了“晶片出光”。

1 引言 眾所周知，根據摩爾定律，每塊晶片的電晶體數量幾乎每兩年翻一番。光刻解析度R取決於光源波長λ、數值孔徑NA和工藝參數 k1，如下所示、 為了保持摩爾定律的有效性，光源波長逐漸變得越來越短，這是因為解析度與波長成線性比例。EUV光刻波長為13.5 nm，符合Mo/Si多層反射鏡的反射率。幾年前為了實現高批次生產(HVM)，在EUV光刻技術中開始使用250 W雷射產生的電漿體(LPP)源。在LPP光源中，由CO2驅動雷射器和錫液滴產生的錫電漿體為具有EUV光源的光刻機系統提供強烈的EUV光。錫的碎屑對反射式集光鏡的污染是該系統的主要問題之一。EUV光刻的另一個問題是隨機效應。在極紫外光刻技術中，由於光子能量高得多，在相同劑量下，晶片上單位面積吸收的光子數要比准分子雷射器少得多。如果曝光能量不足，晶圓上會出現隨機圖案缺陷。為了抑制在很高產能吞吐量的情況下的EUV隨機效應，需要很高的EUV功率。對於未來光刻機的最大產能吞吐量，需要估算出減輕隨機效應所需的EUV功率。3nm節點所需的EUV功率大於1.5 kW, 2nm節點所需的EUV功率大於2.8 kW。因此，未來EUV光刻技術將需要更強大的EUV光源。 自由電子雷射器（FELs）大致分為兩種類型，即振盪器型FEL和自發輻射（SASE）型FEL。在振盪器型FEL中，來自電子加速器的電子束在一個螺旋波管內發出光，與振盪器中儲存的光相互作用，並放大FEL光。然而，由於短波光的鏡面反射率較低，諧振型FEL的波長被限制在大約100納米以上。在自發輻射SASE型FEL中，高品質的電子束通過加速器自發輻射，在一個波蕩管內自放大，無需振盪器和外部種子光。這種類型特別適用於EUV自由電子雷射（EUV-FEL）等短波長FEL。用於SASE-FEL的線性加速器（直線加速器）也分為兩種，即常規導體（NC）和超導體（SC）直線加速器。常規導體直線加速器用於許多FEL設施，如LCLS、SACLA、FERMI、SwissFEL、PAL-XFEL等，但電子束的平均電流受熱負荷限制，通常不超過約100 nA，以避免加速器腔體的變形。相比之下，超導體直線加速器由於熱負荷極低，具有更高的束團重複頻率和平均電流（通常為幾十微安），目前在FLASH和European XFEL中運行，並將用於LCLS-II和SHINE項目。超導體直線加速器更適合高功率FEL。

4月18日，根據電子科技大學資訊與量子實驗室消息，實驗室研究團隊與清華大學、中國科學院上海微系統與資訊科技研究所合作，在國際上首次研發出氮化鎵量子光源晶片。這是電子科技大學「銀杏一號」城域量子網路研究平台的另一項重要進展，相關成果近日發表在《物理評論快報》。 據了解，量子光源晶片是量子互聯網的核心裝置，可視為點亮「量子房間」的「量子燈泡」，可讓網路使用者擁有進行量子資訊互動的能力。 研究團隊透過迭代電子束曝光和乾蝕刻工藝，攻克了高品質氮化鎵晶體薄膜生長、波導側壁與表面散射損耗等技術難題，在國際上首次將氮化鎵材料運送用於量子光源晶片。 目前，量子光源晶片多使用氮化矽等材料進行研製，與之相比，氮化鎵量子光源晶片在輸出波長範圍等關鍵指標上取得突破，輸出波長範圍從25.6奈米增加到100奈米，並可朝著單片集成發展。（中國經濟網）