北京郵電大学の張暁光氏へのインタビュー: フォトニックチップの窮状と将来

近年、世界的なトラフィックの急速な成長に伴い、インターネット、人工知能、クラウドコンピューティングのアプリケーションシナリオは増加し続けており、高速通信の将来のトレンドの1つとして、フォトニックチップも開発の黄金期を迎えています。 「前身」の回路と同様に、光回路も小型化、電力削減、低コストの要求に応じて統合が求められ、統合光チップ (PIC) が登場し、現代の通信業界の重要な部分となっています。無視することはできません。 統合技術の苦境と将来をさらに明らかにするために、ウィキペディアは北京郵電大学（BUPT）電子工学院の張小光教授と直接対話し、過去と現在について話し合いました。フォトニックチップの寿命。
会話の冒頭で、Zhang Xiaoguang教授は、「チップ統合技術は現在非常に成熟しており、携帯電話、コンピュータ、スマートホーム機器などのさまざまな電子機器に広く使用されています。 「これらはすべてチップ統合技術を使用しています。しかし、中国のチップ統合技術にはまだ欠点があり、統合された光チップは困難の1つです。」

集積光チップは、2 つ以上のフォトニック コンポーネントを含むマイクロチップによって形成された機能回路であり、そのためフォトニック チップと呼ばれています。 フォトニックチップは高速並列処理と低消費電力という利点があり、その計算速度と伝送速度は電子チップの1000倍であり、消費電力は電子チップのわずか9万分の1です。構造要件も低く、通常は100ナノメートルレベルであるため、高度なプロセスへの依存が軽減され、演算能力開発のボトルネックを解決するのに最適な基盤技術であると考えられています。
動作原理の観点から見ると、フォトニック チップは光子を利用して情報を送信、感知、処理、配信します。 導波路は光の制御と方向付けに利用され、内部全反射を通じてフォトニック チップは電気信号の送信に使用されるワイヤに匹敵します。 レーザー光源は、回路のスイッチと同様に、コンポーネントの駆動に必要な光を提供します。 導波路接続により、複数のコンポーネントを単一の基板上に統合して製造することができ、堅牢で小型化されたソリューションを作成できます。 光回路のコンポーネントにはパッシブとアクティブがあり、パッシブ コンポーネントにはスイッチやマルチプレクサが含まれ、アクティブ コンポーネントには検出器やレーザーが含まれます。
電子チップと比較して、フォトニックチップの統合の難しさは、主にその個別の性質によるものです。 製造の観点から見ると、フォトニック集積チップの製造は簡単なものではありません。 フォトニックデバイスは 3 次元構造を持ち、半導体集積回路の 2 次元構造よりもはるかに複雑です。 レーザー、検出器、変調器、その他のデバイスをチップに統合するには、リン化インジウムなどの異なる材料の複数の薄膜誘電体層に繰り返し堆積とエッチングを行う必要があり、これは装置とプロセスの要件にとって非常に厳しいものです。
「しかし、私は国内でこれらの困難を克服できるとまだ自信を持っています。」 Zhang Xiaoguang教授は、「この種のシステム統合はすでに比較的成熟しており、シリコン光チップに関する国内の研究は基本的に世界と同期しているため、業界ではすでにシリコンベースの統合への傾向が見られる。しかし、どのようにすればよいのか」と述べた。光学部品の基板としてシリコンを使用し、技術の量産を実現することは、内部にはまだ多くの困難があり、現在、実験プロセスでより優れた性能を発揮するデバイスの一部は依然として輸入に依存する必要があります。」
Zhang Xiaoguang教授の意見では、国際的なチップ産業は数十年にわたって発展してきた。 ヨーロッパ、米国、日本などの光チップ産業はより早くスタートし、技術をリードしています。 米国は、光集積デバイスの開発と準備のためのプラットフォームを構築するために、長年にわたって「国立光集積製造イノベーション研究所」を設立してきました。 欧州連合は、光電子統合研究プロジェクトの展開に焦点を当てた「Horizo​​n 2020」プログラムを実施する。 日本は「先端研究開発制度」「先端研究開発プログラム」を実施する。 日本は「先端研究開発制度」を実施し、光電気融合システム技術開発プロジェクトを展開。 海外の光チップ企業は、コア技術と生産プロセスの蓄積を通じて先行者利益を獲得し、徐々に業界のクローズドループを実現し、高い業界障壁を確立しています。
国内の光チップメーカーは一般にウェーハエピタキシャルに加えてバックエンド処理能力を備えており、光チップのコアエピタキシャル技術は成熟しておらず、ハイエンドエピタキシャルウェーハから国際的なエピタキシャル工場への調達が行われており、ハイエンド光チップの開発が制限されている。 たとえば、レーザーチップは、中国では10G以下の低・中レートレーザーチップの大量生産が可能ですが、25Gレーザーチップの一括出荷を実現しているベンダーは少数で、25G以上のレーザーチップのほとんどのベンダーはまだ研究開発や小規模試作の段階です。
前回の国内技術の遅れの開始の時点では、国内のチップ統合研究は、国内高水準の国際的な形態の変化に伴い、外国の既製の研究成果の開発と革新の高みに位置するようになりました。 -テクノロジー分野のテクノロジー業界はますます多くの制限を受けていますが、同時にテクノロジーの自立の重要性をより多くの人々に認識させています。 中国は2016年には早くも中国科学院の戦略的パイロット科学技術特別プロジェクトである「大規模フォトニック集積チップ」を立ち上げ、国内の自主イノベーションの精力的な発展を促進している。
「しかし、この国が真の産業の進歩を達成するために最も重要なことは、システムの構築にある」と張暁光教授は講演の最後に強調した。自立へのステップは、産業システム全体の確立、特にプロセスフローの完全なセットの形成であり、そもそも原理が理解できれば、システムを確立する必要があります。万事解決の原則は未熟なプロセスのため製品の歩留まりを保証できず、独立したイノベーションはまだ机上の空論に過ぎない。」