引言
光子技术作为利用光能的科学，有望改变多个行业，包括电信、计算和传感。能以惊人的速度传输数据，处理大量带宽，远超传统电子技术。然而，要充分实现这一潜力，光子技术行业必须克服障碍，特别是在扩大生产规模和实现成本效益方面。这一挑战成为"2024年马拉加全球光子技术经济论坛"讨论的核心，业界领袖齐聚一堂，参与题为"光子技术是否属于半导体技术？"的专题讨论[1]。
专题讨论小组由来自GlobalFoundries、AIXTRON SE、ficonTEC、Fraunhofer HHI和NVIDIA的代表组成，强调光子技术行业迫切需要采用推动半导体行业发展的原则和最佳实践。本文探讨专题讨论的主要观点，重点关注光子技术和半导体的异同、光子技术行业面临的独特挑战，以及创造更美好未来的潜在解决方案。
寻找共同点：光子技术和半导体行业的比较
光子技术和半导体在核心原则和实践中有着共同之处。这些共同点为光子技术行业提供了宝贵经验，助其实现可扩展和具有成本效益的生产。
共同基础：两个行业都依赖于相似的材料，包括硅、锗和氮化硅。虽然操作规模不同，但制造工艺的基本原理相似。这一共同基础为知识转移和潜在的半导体制造技术在光子技术中的应用提供了可能。
集成为核心：硅基光电子技术本质上涉及将光学和电子元件集成到单个芯片上，这一概念深植于半导体制造中。这种集成为更复杂、更强大的器件开发创造了条件。
封装 - 共同瓶颈： 光电子和电子芯片都面临封装限制带来的性能挑战。专题讨论强调，在两个行业中，封装对最终产品的整体性能和成本都起着关键作用。
探索差异：光子技术和半导体的分界线
相似之处为合作和学习提供了机会，但了解两个行业的主要差异对解决光子技术制造面临的独特挑战至为重要。
产量差距：半导体行业的产量显著更高，以十亿计的单位，远超光子技术行业仅以百万计的产出。这种产量差距产生连锁反应，影响标准化、自动化和测试基础设施的投资。
价值定义 - 观念转变：半导体行业专注于通过规模效应最大化晶圆产量并降低成本。然而，光子技术行业的价值主张在于实现常规电子技术无法达成的能力。这一根本差异需要在成本结构和市场策略方面转变思维方式。
成本结构 - 应对不同环境：半导体行业的高产量允许通过规模经济实现积极的成本削减。光子技术行业由于产量较低，在实现与传统电子技术成本相当方面面临更大挑战。这要求探索适合光子技术制造特定需求的替代成本优化策略。
直面挑战：光子技术制造的障碍
专题讨论坦率地指出了阻碍光子技术制造可扩展性和成本效益的关键挑战。认识这些障碍是寻找可行解决方案的第一步。
标准化困境：关键组件（包括光栅耦合器和光纤连接工艺）缺乏行业通用标准，阻碍了自动化测试和组装解决方案的发展。这导致独特"雪花"解决方案的激增，每种方案都需要定制的测试和组装程序，最终增加了成本和复杂性。
保护知识产权 - 分享的犹豫：公司常常严格保护设计知识产权，阻碍了开放合作和建立通用标准。这种不愿分享知识的态度在行业内形成孤岛，减缓了进步和创新的步伐。
晶圆级测试能力不足：光子技术行业在强大的晶圆级测试能力方面落后于半导体行业。这一不足使得在制造过程早期识别和纠正缺陷变得困难，导致产品良率降低和生产成本增加。
自动化投资不足：相对较低的产量抑制了专门针对光子技术封装的自动化解决方案的大量投资。自动化的缺乏限制了生产效率，增加了对人工的依赖，推高了成本。
缩小差距：借鉴半导体成功经验
专题讨论不仅关注挑战，还提出了受半导体行业成功启发的具体解决方案。通过采用这些策略，光子技术行业可以克服局限性，释放全部潜力。
拥抱标准化力量：就关键组件（如光栅耦合器、光纤连接接口和测试程序）的标准规格达成行业共识，可以彻底改变光子技术制造。标准化的测试和组装设备将降低成本，提高效率，缩短上市时间。
开放合作与知识产权共享：克服不愿分享知识产权的心理对成功实现标准化至关重要。建立致力于开发和推广通用标准的行业联盟或工作组可以培养合作和知识分享的文化，加速最佳实践的采用。
投资晶圆级测试和调整：开发和部署先进的晶圆级测试解决方案，包括调整能力，将允许早期缺陷检测和纠正。这将显著提高良率并降低制造成本，与半导体行业的做法保持一致。
与自动化解决方案提供商建立战略伙伴关系：积极与专门从事半导体制造自动化解决方案的公司合作可以提供宝贵的专业知识。将现有技术调整应用于光子技术封装将加速向大规模生产的转型，模仿半导体行业在自动化方面的成功。
展望未来：2030年及以后的光子技术
专题讨论小组对未来的愿景描绘了光子技术与高带宽微电子无缝集成的图景，在各个行业释放前所未有的性能水平。这一未来取决于几个关键发展：
无缝互操作性 - 打破壁垒：开发光子技术组件的标准化接口对于与电子系统的无缝集成至为重要。这种互操作性将为实现光电共封装和其他先进封装解决方案创造条件，开启微型化和性能的新时代。
大规模生产 - 扩展视野：克服当前的产量限制需要将光子技术的应用扩展到利基市场之外。瞄准高容量消费电子市场或利用光子技术进行传感和能量收集等应用可以推动必要的规模经济，吸引更多投资。
专业知识融合 - 统一战线：促进光子技术和半导体行业之间更紧密的关系将释放协同潜力。分享专业知识和资源将加速先进制造解决方案的开发和部署，推动两个行业共同前进。
专题讨论小组强调光子技术行业需要根本性的思维转变。行业不应仅专注于单个组件的优化，还必须优先开发解决系统级挑战的集成解决方案。这种整体方法，结合采用推动半导体行业成功的标准化、自动化和合作原则，将使光子技术行业充分发挥潜力。通过缩小光子技术和半导体之间的差距，为各行各业的突破性创新创造条件。
参考来源
[1] S. Joulani, "Photonics Insights - Panel Discussion: Is Photonics a Semiconductor Technology?," YouTube, Oct. 07, 2024. [Online]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=0hD8HDtCKso. [Accessed: Oct. 20, 2024].
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