一直以来，电子器件和光学器件都难以在标准“CMOS”芯片上实现完美的集成。最近，荷兰特温特大学的研究人员成功将光链路引入到半导体芯片核心，实现了真正的光电硅基单片集成。该方法可将两个电路完全隔离，且不影响二者之间的信号通信。换句话说，该研究成功在电子世界和光子世界之间建立了联系。

该成果最为引人注目之处在于并没有使用特别的材料或者制造工艺：所有与光相关的器件均由硅材料制成。研究人员用来制造光源、检波器和光通道的技术与制造电子电路的技术完全相同。虽然，现在已经有全光学电路，但是用来制作这些电路的一般是磷化铟、砷化镓等不易与主流CMOS芯片制造工艺兼容的材料。

首先，研究人员需要用硅材料来制作一个光电二极管作为光源。而问题是，硅只能发射非常微弱的红外光，而用硅制成的检波器却只能接收可见光。为解决这一问题，研究人员想出了一个非常巧妙的方法：将光电二极管反接。在低电压下，没有电流和光产生，但是当电压足够高时，就会产生能够不断增大的雪崩电流。在这种“雪崩”机制下，光电二极管将发射出可见光。利用完全相同的CMOS工艺就可以制作出光检波器和作为连接的光通道。此外，在制作光源时，研究人员还采用了独特的蜂窝状结构设计，使光源更加均匀、节能。

在芯片中引入光链路是将两个电路进行电学隔离的一种有效方式。为了电路安全起见，在低压弱电流和高压强电流电路之间实施电学隔离是非常必要的。利用经典的变压器进行连接是一种选择，但是光连接也经常被使用。但是，目前为止，光连接还采用体积大、速度有限的独立“光耦合器”来实现。相比之下，特温特大学研究人员的新方案使系统更为紧凑：光连接长度总共只有几十微米，却能提供比传统光连接更高的数据传输速率。由于会产生少量光散射的原因，新方案所使用的光通道在能耗上要比全光学电路中的光通道稍高一些。为此，研究人员针对分布在光链路周围的电子器件采用了更为高效的蜂窝状设计，使建立成功连接所需要的光信号强度保持在最低限度，大大降低了能耗。

可以大胆预测，从电子电路到光学电路，再到像特温特大学研究人员开发出的这种新型混合电路的转变，必将对未来电子业的发展产生深远影响。

来源：工业和信息化部电子第一研究所