IEEE 研究强调微转印技术如何推动先进硅光子技术发展

硅光子技术已成为解决传统电互连带宽和延迟瓶颈的一种前景广阔的技术，因此正被探索用于未来人工智能基础设施。然而，多种材料体系的异质集成仍是一项挑战。如今，研究人员展示了微转印技术（MTP）如何实现高度多功能的异质集成，以扩展硅光子的功能，为先进光子系统开辟道路。

人工智能及相关计算基础设施的快速增长，暴露了集成电路中传统电互连带宽有限的问题，这已成为系统性能的主要瓶颈。利用光子代替电子传输数据的硅光子技术，已成为突破带宽和延迟限制的一种极具前景的方法。该平台目前已广泛用于光子集成电路（PICs），特别是在电信和数据通信应用中。

硅光子技术的一大优势在于其与标准互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的兼容性，从而能够利用现有的半导体基础设施进行可扩展的 PIC 制造。然而，这也带来了一个根本性的限制：CMOS 制造基础设施高度专业化且经过极致优化，因而无法直接集成非标准材料。传统的 IV 族半导体材料无法满足先进光子系统的所有需求，特别是像片上发光这样的功能。诸如 III-V 族半导体和铌酸锂（$\text{LiNbO}_3$）等材料可以提供这些能力，这凸显了通过异质集成方法来扩展硅光子功能的必要性。

2026 年 4 月 30 日发表在《光波技术学报》（Journal of Lightwave Technology）上的一项新研究强调，微转印技术（MTP）是实现硅光子异质集成的一种前景广阔的方法。来自比利时根特大学-imec 的陈烨（Ir. Ye Chen）解释道：“在目前用于实现晶圆级异质集成的各种方法中，MTP 是一种新兴的高通用性技术，它兼具裸片级组装的灵活性与晶圆级处理的高效性。”

该研究指出了现有异质集成技术的局限性，随后阐述了 MTP 如何应对这些挑战。MTP 工艺始于在高密度源晶圆上制造被称为“芯片单元”的薄膜器件，随后选择性刻蚀牺牲释放层。接着，使用弹性体印章抓取多个器件并将其转印到目标晶圆上。最后，通过粘合剂键合或直接键合将器件固定，从而实现多种材料体系在广阔面积的硅光子平台上的无缝协同集成。

值得注意的是，MTP 的主要优势之一在于其广泛的材料兼容性，这允许将多种材料体系集成在单一架构内。这使得各个小芯片/芯粒在集成之前能够使用最适合的制造工艺进行独立优化，同时保持与基于 CMOS 的光子平台的兼容性。

MTP 工艺的最新应用展示涵盖多个领域：首先是利用磷化铟（InP）激光器能够同时处理光信号和微波信号的全集成硅光子引擎；其次是用于虚拟现实（VR）、量子技术和微波光子学的砷化镓（GaAs）激光器与氮化硅（$\text{Si}_3\text{N}_4$）波导集成；第三是用于相干通信和激光雷达（LiDAR）的宽调谐窄线宽 InP 激光器与氮化硅波导集成；第四是铌酸锂（$\text{LiNbO}_3$）调制器与氮化硅光子电路的晶圆级集成；此外还包括异质光电混合光接收机平台。

该研究还介绍了一条全新的试点生产线，专注于为大规模工业化制造开发 MTP 的关键环节。此外，作者指出了目前仍存在的几项挑战，包括良率、可靠性、吞吐量，以及构建强健且可扩展的制造生态系统的需求，并提出了针对部分问题的可行解决方案。

“MTP 技术目前仍处于商业化应用的早期阶段；然而，我们相信持续的技术进步将很快带来大规模工业化制造，为惠及多个行业的先进硅光子技术开辟道路。”陈烨总结道。

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原文：IEEE Study Highlights How Micro-Transfer Printing Can Lead to Advanced Silicon Photonics