将光互连带宽提升 2-3 倍的调制器现正迈向实际量产
硅擅长输送电子，却难以发光。这是硅晶体结构的一项根本物理属性——而非设计人员可以通过工程手段规避的。自 1980 年代理查德·索雷夫（Richard Soref）提出硅光子学的理论基础以来，研究人员一直在此约束下工作，并且从一开始就对此心知肚明。如今，四分之一个世纪后的 2026 年，来自根特大学（Ghent University）和比利时微电子研究中心的研究团队正试图用一个出人意料的简单构想打破这一屏障：事后将材料“贴”上去。
CMOS 遗落的材料
硅光子学的优势在于其能够直接利用主导当前半导体制造的 CMOS（互补金属氧化物半导体）制造工艺。设计人员在硅晶圆上蚀刻光通路（波导）和滤光片，大规模生产控制穿过数据中心的光信号的电路。制造成本已降至与电子集成电路（ICs）几乎相同的数量级，光子集成电路（PICs）已在电信和数据通信领域成为实用化产品。
然而，CMOS 产线的保守性严重限制了这种灵活性。晶圆厂（Foundries）对引入晶圆制造厂的材料实施极其严格的控制，将含有锂、磷或砷的化合物视为“污染源”。换句话说，发光所需的核心材料根本无法进入这些 CMOS 产线。在这方面，诸如磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs）等 III-V 族半导体与硅存在根本上的不兼容。
缺失的不仅仅是光源——调制器的性能也同样不足。硅调制器在带宽和调制效率方面存在局限，无法达到 800G 和 1.6T 等下一代光收发器所需的标准。作为解决方案备受关注的候选材料之一是铌酸锂（$\text{LiNbO}_3$）。它所展示的将电信号转换为光信号的普克尔效应效率远高于硅，但它同样是一种无法引入 CMOS 产线的材料。
“后贴合”解决方案
微转移印刷（MTP）通过重构工艺步骤的顺序解决了这一难题。
该工艺首先在脱离标准 CMOS 产线的专用“源晶圆”上，在最佳条件下分别制造 III-V 族器件和薄膜铌酸锂（TFLN）器件。每个器件都被制成被称为“芯片切片”的薄膜元件，紧密阵列在晶圆上，其下方夹有牺牲层。一旦选择性蚀刻掉牺牲层使 coupon 变得可剥离，由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的弹性体印章便派上用场。印章一次性拾取多个 coupon，并将它们精确压印到目标晶圆上的指定位置——即已经完成 CMOS 工序的硅光子晶圆。最后，利用胶粘键合或直接键合将 coupon 固定到位，流程即告完成。
III-V 族器件和硅光子并不是“制造在一起的”。每种器件都使用最适合它的工艺分别制造，两者仅在最后阶段汇合。这正是根特大学叶晨（Ir. Ye Chen）将其描述为“一种将芯片级组装的优势与晶圆级加工相结合的高通用性技术”的含义。
通过事后添加 CMOS 兼容产线禁用的材料，该方法既释放了 CMOS 无法处理的材料的性能，又几乎完整保留了 CMOS 的设计资产。不同材料之所以能共存于同一晶圆上，恰恰是因为每种材料都经过了完全独立的工艺路线，互不干涉。
同时满足两大需求：高精度与多样性
由于对精度的担忧，“事后贴合”这一构想长久以来在光子学界一直被规避。在光跨越波导传输的耦合点处，设计误差一旦超过数百纳米，损耗就会急剧飙升。然而，MTP 目前的对准定位精度已达到 $\pm 0.5\ \mu\text{m}$ 以下——这一水平已足以满足消逝波耦合光子器件的要求。
此外，在源晶圆阶段即可筛选并仅转移“已知合格芯片”（KGD）的能力提升了整体系统良率。在晶圆键合中，无法在事后剔除缺陷器件，因此集成后发现的缺陷会造成直接损失。利用 MTP，可以在转移前通过检验排除缺陷，据报道，示范测试中的良率已超过 95%。
看似违背直觉的悖论在于：“集成更多材料可能反而简化工艺流程。”由于每种材料都遵循各自独立的工艺流程而互不干扰，因而使得并行优化、成为可能。InP 在数百摄氏度的 III-V 族外延炉中生长，而 TFLN 则通过完全不同的低温工艺制造。由于两者均无需进入同一个工艺步骤，因此任何一方都不必被迫在性能上做出妥协。涉及的材料种类越多，MTP 的“分而治之”策略就越能展现其优势。
示范应用的拓展
论文中给出的丰富示范应用凸显了该技术的通用性。
将 InP 激光器集成到硅光子电路中的光学引擎，可以在单芯片上同时处理光信号和微波信号。将 GaAs 激光器与 $\text{Si}_3\text{N}_4$（氮化硅）波导相结合的方案，在虚拟现实（VR）设备、量子技术和微波光子学中展现出应用前景。将可调宽度的窄线宽 InP 激光器与 $\text{Si}_3\text{N}_4$ 集成的配置，实现了相干通信和相干光雷达（LiDAR）所需的精确波长控制。
在这些方案中，薄膜铌酸锂（TFLN）的集成展示出了最为剧烈的数值提升。TFLN 马赫-曾德尔调制器（MZMs）达到了传统硅调制器绝无法触及的领域。
带宽提升了 2 至 3 倍，调制效率（$V_\pi L$）提升了 5 倍以上。传输损耗降至 $0.5\text{ dB/cm}$ 以下，消光比超过 $30\text{ dB}$——两者均远超传统硅调制器。2026 年 6 月，arXiv 上发表的一篇预印本展示了在 200 mm（8 英寸）硅晶圆上的 TFLN-MTP 技术。在量产线标准的 200 mm 晶圆尺寸上完成演示，可以视为实验室成果开始向制造工艺过渡的一项指标。
为何当下如此紧迫
这项技术在 2026 年这个特定节点加速突破，与 AI 基础设施的爆发式增长密不可分。用于训练和大模型推理的数据中心必须在 GPU 和 TPU 产生的海量数据流量之间实现实时传输——涵盖芯片间、机架间以及服务器间。传统铜线在带宽和功耗方面正逼近极限，向光互连的转变如今正转化为实际的资本投资。
然而，仅靠硅材料的光器件无法达到 800G 和 1.6T 等下一代标准所要求的带宽或调制效率。由 MTP 提供的 III-V 族光源与 TFLN 调制器的组合，被视为能够满足这些需求的少数几个现实解决方案之一。
研究团队在论文中提到，他们也在开发面向大批量生产的试产线。虽然可以肯定的是，MTP 正开始超越研究示范走入工业应用，但商业化转型所需的一切要素尚未完全就位。
尚待填补的数据空白
在论文的结论中，叶晨（Ye Chen）指出“持续的技术进步正使我们越来越接近大规模制造”，但这一轨迹目前仍是一种乐观的前景。规模化量产下的吞吐量（每小时转移的 coupon 数量）、高温高湿条件下的长期可靠性数据，以及在 CMOS 工艺中增加 MTP 步骤的成本——论文中均未提供这些具体数字。
供应链的成熟度被明确列为一项挑战：建立能够稳定大批量供应 III-V 族和 TFLN coupon 的生态系统，依然是一个独立于技术本身完成度的难题。此外，所报道的 95% 良率数据也是基于当前的实验室条件，这一水平能否在量产环境中维持，将由试产线的实际记录给出答案。
硅光子研究人员深知“做不到”并与之拼搏了 30 年的难题，如今正通过“先分离，后汇合”的方法得到解决。这种解决方案能否在制造生产线上转化为真实的数据，是 MTP 尚待回答的问题。
相约深圳，共话微纳光学制造新机遇
第七届中德（欧）合作创新·MEMS微纳光学制造论坛，将于9月9日在深圳会展中心（宝安）召开，与深圳光博会首日同期举行。本届论坛由深圳市微纳制造产业促进会、深圳市汉希卡德智能传感应用技术研究院主办，微纳视界承办，将汇聚国内外微纳制造领域的企业代表、专家学者及产业嘉宾，围绕微纳技术产业链发展、前沿技术创新与产业协同合作，开展主题演讲及圆桌对话。
现面向行业开放参会报名、嘉宾演讲、企业展示及品牌赞助合作，诚邀微纳制造产业链上下游企业与业内同仁齐聚深圳，共话技术趋势，共拓合作机遇。点击下方图片可下载本届大会赞助及合作方案（内附联系方式）
