我國光電子芯片，已在豫北小城鶴壁獲得突破。其中的PLC光分路器芯片早在2012年就實現國產(chan) 化，迫使國外芯片在中國市場的價(jia) 格從(cong) 每晶圓最高時2400多美元降到100多美元。目前已占全球市場50%以上份額。

更了不起的是，他們(men) 研發的陣列波導光柵(AWG)芯片，在骨幹網、高速數據中心及5G基站前傳(chuan) 等領域獲重大突破，其中，骨幹網AWG進入相關(guan) 領域知名國際設備商供應鏈，高速數據中心及5G應用技術有望在國際競爭(zheng) 中領跑。近日，他們(men) 已在5G前傳(chuan) 循環型波分複用、解複用芯片核心技術方麵，開始實驗驗證工作。

攻克光電子芯片三大壁壘

5月17日，科技日報記者前往鶴壁采訪。在仕佳光子展廳裏，吳遠大介紹，在目前世界上100多類高端光電子芯片中，國內(nei) 有兩(liang) 大類全係列化芯片技術基本實現國產(chan) 化。一類是主要應用於(yu) 光纖到戶接入網中的PLC光分路器芯片，另一類是主要應用於(yu) 骨幹網、城域網、高速數據中心和5G領域的陣列波導光柵芯片。“這兩(liang) 類芯片，都是我們(men) 公司研發的。”吳遠大說。

今年45歲的吳遠大，是中國科學院半導體(ti) 研究所研究員，主要致力於(yu) 高性能無源光電子材料與(yu) 器件的應用基礎研究，同步開展PLC光分路器芯片及陣列波導光柵芯片的產(chan) 業(ye) 化技術開發工作。2011年，作為(wei) 我國光電子事業(ye) 主要開拓者王啟明院士團隊的一員，他與(yu) 所裏的6個(ge) 年輕人一起，來到鶴壁擔任河南仕佳光子科技股份有限公司常務副總裁，開展院企合作，開啟我國高端光電子芯片的產(chan) 業(ye) 化之路。

吳遠大說，在國家863計劃、973計劃項目資助下，中科院半導體(ti) 所對這些芯片已經開展了十多年的基礎研究，但由於(yu) 三方麵原因，此前一直沒有產(chan) 業(ye) 化。

一是高質量的高折射率差矽基SiOx集成光波導材料基礎薄弱。微電子技術中二氧化矽薄膜材料的厚度，一般僅(jin) 為(wei) 幾百納米;而平麵集成光波導芯片中，則要求二氧化矽膜的厚度高達幾個(ge) 微米，甚至幾十個(ge) 微米，要求無龜裂、無缺陷，且更偏重二氧化矽材料的光傳(chuan) 輸性質。國外生長矽基SiOx集成光波導材料的方式主要有兩(liang) 種：以歐美為(wei) 代表的化學氣相沉積法(PECVD)，以日本、韓國為(wei) 代表的火焰水解法(FHD)。PECVD法精度較高，操控性好;FHD法生長速率快，產(chan) 業(ye) 化效率更高，二者各有優(you) 缺點。而國內(nei) 缺乏相關(guan) 應用基礎研究。

二是芯片工藝水平達不到芯片產(chan) 業(ye) 化需求，特別是在整張晶圓的均勻性、穩定性方麵，如二氧化矽厚膜的高深寬比和低損耗刻蝕工藝。

三是在產(chan) 業(ye) 和市場導向上，過去偏重於(yu) 買(mai) ，拿市場換技術。

“我們(men) 帶著這些研究成果來到鶴壁，也許是厚積薄發，2011年建立專(zhuan) 用研發生產(chan) 線，2012年就完成產(chan) 業(ye) 化工藝技術開發，2015年PLC光分路芯片全球市場份額達到50%。那一年，我們(men) 出貨芯片2000多萬(wan) 顆;今年前4個(ge) 月，每月產(chan) 量都在200萬(wan) 顆以上。國際上芯片產(chan) 業(ye) 化十來年才能走完的路，我們(men) 三四年就實現了。”吳遠大說。

兩(liang) 大研發計劃，攻克兩(liang) 座光電芯片山頭

在光分路器芯片成功實現產(chan) 業(ye) 化的同時，他們(men) 又把目光投向了陣列波導光柵芯片(AWG)開發。

2013年，國家863計劃“光電子集成芯片及其材料關(guan) 鍵工藝技術”項目，由仕佳光子牽頭承擔，吳遠大擔任課題負責人。

他們(men) 采用等離子體(ti) 增強化學氣相沉積和火焰水解法相結合的二氧化矽厚膜生長原理，改進厚膜生長設備，通過對多層結構的二氧化矽材料進行多組分、抗互溶的摻雜，結合梯度高溫處理及幹法刻蝕工藝製程，獲得了不同折射率差的低損耗、低應力、高品質、高折射率差SiOx光波導材料，且材料生長效率顯著提升，彌補了矽基SiOx集成光波導材料基礎薄弱的難題，為(wei) AWG芯片的產(chan) 業(ye) 化打下了堅實基礎。

進一步，在國家重點研發計劃項目“高性能無源光電子材料與(yu) 器件研究”資助下，又攻克了多項芯片關(guan) 鍵工藝技術，在六英寸矽基/石英基SiOx晶圓工藝的均勻性、重複性和穩定性方麵獲得了專(zhuan) 利或專(zhuan) 有技術，培養(yang) 了十多位專(zhuan) 項工藝技能人才，實現了芯片工藝能力與(yu) 產(chan) 業(ye) 化技術的融合融通，研製成功的4通道、8通道及16通道AWG芯片，打破了國外對我國高性能AWG芯片產(chan) 業(ye) 化技術的長期壟斷，實現了在國際市場上與(yu) 國外企業(ye) 同台競爭(zheng) 。

目前，項目團隊擁有AWG芯片設計及工藝核心發明專(zhuan) 利十多項，並獲得了2017年度國家科技進步二等獎，提升了我國下一代(5G)通信主幹承載光網絡和光互連建設的核心競爭(zheng) 力。

開辟高速DFB激光器芯片產(chan) 業(ye) 化新征程

現在，仕佳光子又引進中科院半導體(ti) 所王圩院士團隊，開始了高速DFB激光器芯片產(chan) 業(ye) 化的新征程。

兩(liang) 個(ge) 院士團隊的13名專(zhuan) 家常年駐紮在鶴壁。鶴壁則以仕佳光子為(wei) 龍頭，引進了上海標迪、深圳騰天、威訊光電等十多家上下遊配套企業(ye) ，成立了6大省級以上技術研發創新平台。一個(ge) 有“芯”的“中原矽穀”正在鶴壁崛起!

“中國芯片雖然已經在個(ge) 別領域趕上了國外先進水平，甚至超越了國外技術。” 但是，吳遠大說，“整體(ti) 而言，要全麵追趕上還需要20年。所以，必須瞄準主要芯片，全麵實現國產(chan) 化!”而這正是他們(men) 下一步要攻克的目標。