- 微轉印打印技術有助於整合不同材料，提升矽光子技術的性能。
- MTP 允許使用最適合的製造過程來生產各種材料。
- 該技術已在多個光子系統中得到驗證，顯示其廣泛應用潛力。
- 目前仍面臨製造良率和可靠性等挑戰，尚未準備好大規模部署。
矽光子技術有望透過一種製造技術獲得重大提升，該技術允許在同一平台上結合不同材料，這可能有助於構建更快速及更強大的計算和通訊硬件。研究人員正在探索微轉印打印（MTP）作為克服矽光子技術一大限制的方法：無法使用標準 CMOS 半導體製造處理的材料的整合困難。矽光子技術利用光而非電信號傳輸數據，有助於解決傳統電氣互連中的帶寬和延遲限制。該技術已廣泛應用於電信和數據通信領域，隨著計算系統對數據傳輸速度的需求增長，其角色可能會進一步擴大。
然而，僅靠矽材料無法滿足先進光子系統所需的所有功能。例如，傳統的 IV 族半導體材料不適合直接在芯片上產生光。III-V 族半導體和鋰鈮酸等材料可以填補這些空白，但將它們與矽光子技術結合仍然是一項製造挑戰。
微轉印技術的靈活性
研究人員表示，MTP 可能提供一種更靈活的方式來將這些不同的材料系統結合在一起。該過程始於在源晶圓上製作的薄膜設備，稱為券（coupons）。一層犧牲性材料被選擇性蝕刻，允許彈性印模拾取設備並將其放置到目標晶圓上。打印的組件可以通過粘合劑或直接鍵合的方式固定。這種方法使得來自不同材料的多個設備能夠集成到一個大型矽光子平台上。「在推動晶圓級異質整合的各種方法中，MTP 是一種新興的高靈活性技術，結合了晶粒級組裝和晶圓級處理的優勢。」
比利時根特大學的陳毅（Ir. Ye Chen）解釋道。這項技術的一個關鍵優勢是，每種材料或組件都可以使用最適合其的製造過程進行生產，然後再在最終的光子平台上結合。這可能使設計者能夠在不放棄 CMOS 兼容的矽光子技術所提供的可擴展性的情況下，結合專門的芯片。
MTP 的應用範圍
這一方法已在幾個光子系統中得到驗證，包括使用銦磷激光器處理光學和微波信號的矽光子引擎、與氮化硅波導集成的砷化鎵激光器，以及用於相干通信和激光雷達的窄線寬銦磷激光器。研究人員還展示了鋰鈮酸調製器與氮化硅光子電路的晶圓級整合，以及異質電子-光子光學接收平台。這些示範表明，MTP 的應用範圍超越單一應用。透過允許不同材料協同工作，該技術可以支持設計用於通信、感測、量子技術和高級計算基礎設施等多個領域的光子系統。
面臨的挑戰與未來
然而，這項技術尚未準備好進行大規模的工業部署。研究人員識別出幾個障礙，包括製造良率、可靠性和生產產量。如果 MTP 要從研究示範轉向大規模生產，還需要穩健的供應鏈和製造生態系統。
為瞭解決這些挑戰，研究重點強調了一條新的試點生產線，專注於開發在大規模工業製造中使用 MTP 所需的關鍵元素。這一努力可能有助於確定該過程在超越實驗室規模示範後的表現。「MTP 技術仍處於商業應用的早期階段；然而，我們相信穩定的進展將很快導致大規模的工業製造，為先進的矽光子技術鋪平道路，造福數個行業。」陳毅總結道。該研究已發表於《光波技術期刊》（Journal of Lightwave Technology）。
微轉印技術對矽光子學的影響
微轉印打印技術的發展對矽光子學的進步至關重要。它不僅能夠克服材料整合的挑戰，還能促進不同材料的協同工作，這對於提升計算和通訊能力至關重要。儘管目前面臨一些製造和可靠性問題，但隨著新試點生產線的建立，未來有望實現大規模工業應用，從而推動整個行業的技術革新和進步。