同質集成光電子芯片及應用檢視原始碼討論檢視歷史

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同質集成光電子芯片及應用「芯」光遠航-同質集成光電子芯片及應用，本項目在中美博弈的大背景下聚焦熱點芯片問題，基於量子阱二極管發光探測共存現象設計研發了通知集成光電子芯片並根據場景需求設計了新型光通信系統以及同時照明成像系統。

光通信技術已經成為未來通信的潛在關鍵技術之一，具有頻段無需授權、高保密、綠色和無電磁輻射的特點。光通信可作為室內外通信網絡覆蓋的有效補充。其在特殊空間通信如水下光通信、礦場通信和未來光通信網絡一體化智慧城市等更是具有先進意義。同質集成光電子芯片通過光而非電子進行信息的傳遞，可以大幅度提高芯片上和芯片間通信的速度。這種傳輸和電子相比，光子沒有電阻，同質集成光電子芯片的耗能、發熱都會比現有的集成電子芯片減少很多。基於此我們可以做更多的集成，做出了陣列芯片將發光、探測、發光探測和通信等功能集成到了一起。

同時照明成像系統由於芯片創新性地同時具備了點亮和探測的功能，因而光電子芯片陣列顯示屏與傳統顯示屏不同，它不僅可以實現實時的播放圖像，而且可以實現在播放圖像的同時，對外部的環境進行探測攝像。這項技術成熟後可以完全替代攝像頭對外部進行攝像，大大減少了電子產品的體積，對未來軍事監測以及保密通信具有重大意義。

並且隨着人們高速通信的需求，目前網絡傳輸的速度已經到了電學的瓶頸期，而我們不得不尋求一條高速通信的道路，來滿足人們日益增長的需求。而光作為未來高速無線通信的必經之路，我們的同質集成光電子芯片更是實現了單鏈路全雙工的高速光通信，因此，我們有需要，更有必要，來抓住這一機遇，無論是從提升未來生活質量，亦或是提升國際自主可控技術的掌握度和競爭力來看，這都是未來智慧屏幕、智慧城市，一直到6G，光子CPU 的必然選擇

技術方案

芯片方面

項目所提到的同質集成光電子芯片，顧名思義，就是集成在同一片晶圓上的兩個器件分別作為光發射器（LED）和光探測器（PD），兩個器件基本結構相同且採用相同工藝一道製備。這種結構的實現得益於本項目團隊發現的量子阱二極管發光與探測共存現象，即量子阱二極管的發射光譜和光探測譜存在重疊區，可以同時發生電光、光電轉換，這一現象的提出使得同質集成光電子芯片成為世界首創，相關工作已經獲授權中國發明專利25 件，美國發明專利 2 件（見附件），被 National Science Review、Semiconductor Today 等國際知名雜誌做10 次專題報道。採用相同的工藝將LED 和PD 集成在同一塊晶圓上，對於傳統光電子芯片來說，是從無到有的飛躍，有多種優勢：

(1) 一塊晶圓上集成LED 和 PD 使得兩者間距離大大縮短

(2) 相同結構的 LED 和 PD 集成的器件相比於傳統異質 LED 和PD 簡化了封裝形式和工藝，不再需要對LED 和PD 進行單獨的封裝，而且同質集成器件的基板也較異質結構的簡單統一，極大地縮短了傳感器/光發射器的製作周期，使得流水線的生產力顯著提高。

(3) 同質集成光電子芯片採用相同的工藝就可以製作出 LED 和PD，簡化了生長異質材料的複雜性，縮短了器件流片的周期，使用同一工藝就可將LED 和PD 進行批量生產，有效地降低了生產成本。

(4) 光電子芯片是全球有記錄最薄的垂直結構 225nm 的芯片，不僅實現了高出光效率，還具備了高帶寬，低成本的優勢，此光電子芯片可以實現通信、發送、接收、調製以及儲能多重功效，是史無前例的創新。

5) 對於三款應用系統來說，獨特的電路設計以及基於 FPGA 的算法設計，加之以獨特定製的調製解調、編解碼技術，因此在軟硬件也具有很高的技術壁壘與創新性。

光通信方面

得益於上述芯片的高帶寬、高出光率，低成本等諸多優勢，可見光通信技術作為芯片的應用方向之一，如雨後春筍一樣，綻放出新時代高速通信的光芒。我們的光通信系統，搭載了自主設計的光電子芯片，硬件部分由五個模塊組成，即藍光LED 發光板、LED 多通道發射驅動板、APD 高靈敏度接收板、高壓電源供電板以及 FPGA 通信主板。所述五個物理模塊組成了該水下可見光通信系統的發射端和接收端，上述五個模塊通過物理隔離分布於一個圓柱體內，並通過電磁屏蔽罩和必要的金屬殼體實現散熱和各個部分之間的電磁屏蔽功能。

關鍵技術

本項目提出基於同質集成光電子芯片的各種系統，具有前瞻性和創新性，其中芯片、光通信系統、發光探測一體系統，都具有獨特的關鍵技術，其核心都是從芯片本身物理現象入手，搭配獨特軟硬件的設計，從而針對不同應用場景，開闢出各式各樣、量身定做的原型系統。