中国芯片又一重大突破！

集成电路IC 2024-10-08 16:41

据“九峰山实验室”官方消息，2024年9月，该实验室在硅光子集成领域取得里程碑式突破性进展——成功点亮集成到硅基芯片内部的激光光源，这也是该项技术在国内的首次成功实现。

显微镜下，片上光源芯片的光输出视频

随着人工智能大模型的开发和应用，以及自动驾驶等技术的发展，对于芯片算力的需求持续提升，但是半导体先进制程工艺已经越来越逼近物理极限，在单个芯片上增加晶体管密度这条路径越来越难，每一代制程的提升所能够带来的性能提升或功耗降低也越来越有限，同时还带来成本的急剧上升，这也意味着摩尔定律无法继续发挥作用。为此，不少半导体厂商将目光转向了先进封装技术，即通过将多个芯粒封装在同一块基板上，以提升晶体管数量，从而提高性能。

但是，在单个封装单元中芯粒越多，它们之间的互连就越多，数据传输距离也就越长，传统的电互连技术迫切需要演进升级。与电信号相比，光传输的速度更快、损耗更小、延迟更少，芯片间光互联技术被认为是推动下一代信息技术革命的关键技术，也被认为是在后摩尔时代突破集成电路技术发展所面临的功耗、带宽和延时等瓶颈的理想方案。

芯片间光互联示意图

目前业界对硅光全集成平台的开发最难的挑战在于对硅光芯片的“心脏”，即能高效率发光的硅基片上光源的开发和集成上。该技术是我国光电子领域在国际上仅剩不多的空白环节。

此次九峰山实验室硅光工艺团队与合作伙伴协同攻关，成功在8英寸硅光晶圆上异质键合III-V族激光器材料外延晶粒，再进行CMOS兼容性的片上器件制成工艺，成功解决了III-V材料结构设计与生长、材料与晶圆键合良率低，及异质集成晶圆片上图形化与刻蚀控制等难点。经过近十年的追赶攻关，终成功点亮片内激光，实现“芯片出光”。

九峰山实验室8寸硅基片上光源芯片晶圆

相较于传统的分立封装外置光源和FC微组装光源，九峰山实验室片上光源技术能有效解决传统硅光芯片耦合效率不够高、对准调节时间长、对准精度不够好的工艺问题，突破了制作成本高、尺寸大、难以大规模集成等量产瓶颈。

资料显示，湖北九峰山实验室主要聚焦于化合物半导体研发与创新，于2023年3月正式投入运营。成立一年半时间，九峰山实验室就吸引了近30家半导体链条企业比邻而居，总估值超百亿元，培育半导体领域人才超3万人。九峰山实验室在这一年时间里，还实现了8英寸中试线通线运行，首批晶圆（高精密光栅）成功下线，填补了国内高线密度、超高折射率、非周期性高精密光栅生产工艺空白。

2024年2月20日，九峰山实验室宣布全球首片8英寸硅光薄膜铌酸锂光电集成晶圆成功在该实验室下线。该成果使用8英寸SOI硅光晶圆键合8寸铌酸锂晶圆，单片集成光电收发功能，为目前全球硅基化合物光电集成最先进技术。该项成果可实现超低损耗、超高带宽的高端光芯片规模制造，为目前全球综合性能最优的光电集成芯片。

除自身不断创新突破外，作为国内为数不多的公共、开放、中立、共享的科研平台，九峰山实验室还与产业链各龙头企业通力合作，以“用”为导向，布局开发共性技术，推进国产半导体材料、设备的验证工作，打造化合物半导体中试平台。

在九峰山实验室，9000平方米的洁净室内，有上百个项目在同时运转：

上海邦芯半导体科技有限公司研发的刻蚀、薄膜沉积设备，在九峰山实验室的助推下，实现多款设备的量产。

武汉驿天诺科技有限公司与九峰山实验室合作开发的硅光及三代半导体晶圆级、芯片级、器件级封测装备，测试精度达到微米级。

华工科技研制的首套高端半导体晶圆激光切割系列装备借助九峰山实验室平台通过了中试验证，获取测试报告的设备已成功导入下游企业。

驿天诺科技有限公司董事长单娜表示，在九峰山实验室平台的引荐下，公司已经拓展了一批新客户，获得了一批订单，下一步还会入驻九峰山科技园区，进一步扩大经营规模。

九峰山实验室有关负责人此前在接受媒体采访时表示，我们希望与更多合作伙伴共同点亮化合物半导体平台、技术、产业的“灯塔”，为未来3～10年的技术难题进行前沿探索和技术攻关，打通全产业链条中的“断点”，拉平产学研融合发展的鸿沟，引领全球化合物半导体技术进步。

目前，九峰山实验室周边已聚集了近30家化合物半导体龙头企业和创新型中小企业，到2025年，这里将聚集产业链企业100家以上，培育1到2家细分领域龙头企业，在存储、化合物半导体、传感器、先进封装等细分领域打造一批创新产品，形成化合物半导体全产业生态。

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