光电子集成技术供应链发展与未来

逍遥设计自动化

引言
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在晶圆上集成光电子器件为在芯片上实现复杂的光电子功能提供了可靠且可扩展的解决方案。随着数据量持续增长，光电子技术行业需要不断提供更快速、更节能的解决方案，同时保持具有竞争力的性价比。

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" Q8 P) H5 J5 k6 ]# T图1：光电子集成芯片生产的相互关联生态系统，包括无晶圆厂企业、集成器件制造商、代工厂和外包半导体组装测试供应商之间的关系，以及材料、设备和人力资源等基本投入要素。

光电子集成技术的发展始于1969年，当时Stewart Miller在贝尔系统技术期刊上分享了其远见。这与Enrique Marcatili展示的片上波导和定向耦合器相吻合。早期发展阶段涉及大量研究，目标是确定适合光电子集成的理想材料系统，根据透明窗口、电子集成潜力、制造可行性以及执行主动和被动光电子功能的能力来评估各种材料[1]。

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图2：制造模式从垂直集成器件制造商到协作方式的演变，同时展示了当前硅基光电子代工厂格局，包括硅绝缘体和氮化硅工艺。
技术演进与商业化

到20世纪80年代末期，主流光电子集成芯片平台开始形成，主要集中在磷化铟和硅基光电子技术。1987年取得重大突破，首次实现了结合激光器和调制器的光电子集成芯片。同年还展示了低损耗氮化硅波导，扩大了光电子集成的材料选择范围。

1985年，Richard Soref提出将硅作为光电子集成材料，光电子集成技术的商业化进程出现了转折。在互联网热潮时期，磷化铟光电子集成芯片在商业领域处于领先地位，实现了在单个芯片上集成多个光电子元件。同时，硅基光电子技术虽然仍处于研究阶段，但在工业应用方面取得稳步进展。

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图3显示了当前III-V族光电子集成芯片代工厂的状况，突出显示了纯代工厂和集成器件制造商之间的平衡。
8 w  Q* m; E: A8 b+ u+ a, E* {供应链发展与行业标准
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& P2 |$ q: _$ v9 B光电子集成技术的供应链已经发展成与微电子行业相似的模式，将专业化与协作相结合。生态系统现在包括设计/知识产权公司、材料供应商、代工厂、设备供应商和封装供应商。这种发展促进了电子设计自动化工具的进步，使光电子集成芯片设计变得更加顺畅。
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8 x1 k3 d; z8 E: B  f制造业格局已从垂直集成器件制造商主导转变为包含开放访问代工厂。欧洲研究机构率先推动这一转变，提供对磷化铟、硅绝缘体和氮化硅平台的访问。到2014年，商业纯代工厂开始将硅基光电子技术纳入产品组合。
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! b: \/ x1 S0 D% U在技术标准化和封装方面仍面临挑战。光电共封装正在获得发展势头，大型外包半导体组装测试供应商正在投资发展跨域能力。测试仍是供应链的关键环节，但行业仍缺乏独立测试机构，主要依赖代工厂和封装供应商的内部测试。
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展望未来，光电子集成技术行业需要适应电信、医疗保健和人工智能驱动应用等各个领域不断增长的需求。光电子和电子生态系统的融合为创新和标准化提供了机会，特别是在开发统一的电子-光电子设计流程和优化异质材料集成方面。

) n' k( ]7 D3 @) m光电子集成技术和供应链的持续发展对解决未来计算挑战具有重要作用，特别是在推动人工智能发展和满足数据中心运营需求方面。
参考来源
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[1] Rahim and F. Kamran, "Illuminating the Future: Navigating the Integrated Photonics Industry and Supply Chain," Photonics Spectra, vol. 58, no. 1, pp. 40-48, Jan. 2024.
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