芯片光子学

中国科学技术大学郭光灿院士团队在集成光子芯片量子器件的研究中取得新进展。该团队邹长铃、李明研究组提出人工合成光学非线性过程的通用方法，在集成芯片微腔中实验观测到高效率的合成高阶非线性过程，并展示了其在跨波段量子纠缠光源中的应用潜力。相关成果10月20日在线发表于《自然—通讯》。　　自激光问世以来，非线性光学效应已经被广泛应用于光学成像、光学传感、频率转换和精密光谱等领域中。对于新兴的量子信息处理来说，它也是实现量子纠缠光源以及量子逻辑门操作的核心元素。然而受限于材料非线性极化率随阶数呈指数衰减这一本征属性，人们对光学非线性的应用主要局限于二阶和三阶过程，多个光子同时参与的高阶过程很少被研究。一方面，低阶过程限制了传统非线性与光量子器件的性能，比如量子光源的可扩展性；另一方面，人们也好奇高阶非线性过程所蕴含的新颖非线性与量子物理现象。　　利用集成光子芯片上的微纳光学结构可以增强光子间的非线性相互作用，这已经成为目前国际上集成光学与非线性光学方向的研究热点。邹长铃研究组李明等人长期致力于集成光子芯片量子器件的研究，开拓微腔增强的非线性光子学，提出并证实了微腔内多种非线性过程的协同效应，开辟了室温下少光子、甚至单光子级的量子器件的新途径。现阶段，该研究组已经能够将非线性相互作用强度随阶次的衰减速率从10-10提升到10-5。即使如此，在集成光子芯片上实验观测到阶次大于三的高效率非线性效应依然极具挑战。　　针对该难题，李明等人另辟蹊径，提出一种新颖的非线性过程人工合成理论，即利用材料固有的较强的二阶、三阶等低阶效应，通过人工调控多个低阶过程级联形成的非线性光学网络来实现任意形式、任意阶次的光子非线性相互作用。这种方法避免了在原子尺度去修饰材料的非线性响应，而仅需要控制微纳器件的几何结构就可实现高效率、可重构的高阶非线性过程。　　利用集成的氮化铝光学微腔，该团队在实验上同时操控二阶的和频过程和三阶的四波混频过程，合成了更高阶的四阶非线性过程。实验证明，该人工合成的过程比材料固有的四阶非线性效应强500倍以上。如果进一步提升微腔的品质因子，该增强倍数可达1000万以上。　　该团队将人工合成的四阶非线性应用于产生跨可见-通信波段的量子纠缠光源。通过测量跨波段光子间的时间-能量纠缠验证了人工合成过程的相干性。相比于传统跨波段量子纠缠光源的产生方法，该工作极大降低了相位匹配的困难，并且仅需要通信波段单一泵浦激光，展现了人工合成非线性过程的优势和应用潜力。审稿人高度肯定了该工作的创新性。　　中科院量子信息重点实验室博士研究生王家齐、杨元昊为论文共同第一作者，李明副研究员、邹长铃教授为论文通讯作者。

计算速度比电子芯片快约1000倍，功耗却更低——光子芯片，成为当下各国争相布局的前沿产业。随着芯片技术升级迭代，光子芯片有望成为新一代信息领域的底层技术支撑，正催生一大批新应用、新产业，拥有巨大的市场前景。记者从中关村前沿科技企业中科鑫通获悉，国内首条“多材料、跨尺寸”的光子芯片生产线预计将于2023年在京建成，填补我国在光子芯片晶圆代工领域的空白。芯片产业向“光”而行通俗地说，在传统的电子芯片中，数据传输的载体是电子，而在光芯片中，数据传输的载体变成了光子。相较于电子芯片，光子芯片具有高速并行、低功耗的优势，其运算速度及传输速率是电子芯片的1000倍，而功耗仅为电子芯片的九万分之一。1965年，英特尔联合创始人戈登摩尔提出摩尔定律，预测每隔18到24个月，芯片的晶体管密度就会增加一倍。摩尔定律此后不仅成为计算机处理器的制造准则，某种程度上也被看作科技行业发展的预言。然而，以硅为基础的电子芯片发展了几十年后，承载能力已经逼近物理理论的极限。光子芯片的出现，被看作突破摩尔定律的重要途径之一。一位芯片行业资深从业者介绍，当电子通过晶体管等传统集成电路元件时，会遇到阻力并产生热量。随着设计者不断将更多元件添加到芯片之中，产生的热量自然会升高。电子这一特性甚至成为了微型芯片性能提升的障碍，同时也是计算机能耗高的主要原因。相较之下，光子芯片不存在电阻问题，因此其产生的热量更少、能耗更低、计算速度也更快。全球权威IT咨询公司Gartner预测，到2025年全球光芯片市场规模有望达561亿美元（折合人民币约4041.16亿元）。中国工程院院士、清华大学教授罗毅此前在接受媒体采访时说，我国光电子芯片研究正和国际先进水平“并跑”。值得注意的是，在制造工艺上，光子芯片对结构的要求不像电子芯片那样严苛。“光子芯片不会像电子芯片那样必须使用极紫外光刻机（EUV）等极高端的光刻机，使用我国已经相对成熟的原材料和设备就能生产。”有二十余年芯片从业经验的中科鑫通微电子技术（北京）有限公司总裁隋军说。多材料生产线有望填补空白正因为光子芯片的诸多优势，芯片由“电”到“光”的转换，被视为国产芯片实现突破的重要技术路线之一。北京市第十三次党代会报告中提到，“围绕光电子、生命科学、低碳技术等领域前瞻布局未来产业”。在中科鑫通展厅，记者见到了不同大小的光子芯片晶圆。“加工后的晶圆经过切割等一系列工序后，就变成一颗颗芯片。”隋军说，与用来制作电子芯片的硅晶圆不同，光子芯片晶圆的衬底虽然也是硅，但是在衬底上还覆盖着一层氮化硅或薄膜铌酸锂等特殊光电材料。在创办中科鑫通前，隋军已深刻体会到国内企业在集成电路方面仍处于补短板的阶段。“在电子芯片领域，即便用同样的设备和材料，不同芯片代工厂生产出的芯片性能指标却大不相同，为什么？壁垒就在于工艺。”他说，目前的光子芯片产业发展中依然没有摆脱在设计和应用领域规模较大，而在设备、制造、封测等基础领域实力弱小的局面。至今，我国尚没有一家专业的光子芯片代工企业，国内光子芯片行业尚未形成成熟的设计、代工、封测产业链。隋军透露，中科鑫通目前正筹备建设国内首条“多材料、跨尺寸”光子芯片生产线，将于2023年建设完成，能满足通信、数据中心、激光雷达、微波光子、医疗检测等领域的市场需求。该生产线建成后，将填补我国在光子芯片晶圆代工领域的空白，有望加速国产光子芯片替代的规模化进程。光子芯片应用未来可期芯片除了应用于通信、供电、温度湿度感应，还能进行病毒检测。一个月前，在中关村前沿大赛集成电路领域决赛的舞台上，隋军在现场展示的生物光子芯片项目打开了不少人对芯片的想象空间。在光子芯片光波导上涂敷对病毒敏感的试剂，就能分析出病毒生物分子的类型以及含量。生物检测只是光子芯片的诸多应用场景之一。近年来，光子芯片的应用场景早已不局限于通信领域，广义上的光子芯片在工业、消费电子、汽车、国防等领域均有非常广泛的应用。例如在人工智能领域，光子芯片可应用于自动驾驶、语音识别、图像识别、医疗诊断、虚拟现实等。此外，现在的云计算和数据中心，已经大量采用了基于光子芯片的光收发模块，随着数据中心对于算力的需求与日俱增，光子芯片也有望发挥更大的作用。“未来两三年，我们将充分利用已有科研成果，在诸如病毒快速检测、激光雷达、量子计算机、大容量数据通信等领域提供切实可靠的国产核心芯片与方案支撑，加速国内量子信息、人工智能以及6G等前沿领域的实用化与规模化发展。”隋军说。

移动通信、雷达、卫星遥感、电子对抗以及基础仪器科学等领域的进步，促使着微波系统向着高频、宽带、大动态范围、多功能的方向发展。面对这些新的发展需求，传统的微波技术在微波信号的产生、传输、处理、测量等各个方面均面临巨大挑战。微波光子学融合了微波技术和光电子技术，即利用光电子学的方法处理微波信号，可以突破传统射频电子器件的性能瓶颈，被认为是下一代各类微波系统应用的解决方案之一。传统微波光子系统一般使用分立的光电子器件与电学模块搭建链路，这使得微波光子系统样机或产品具有重量大、功耗高、稳定性差等不足。因此，实现微波光子系统的微型化、片上化和集成化，是推动微波光子技术真正落地与广泛应用的关键，也是近年来学术界和产业界关注的焦点。然而，目前已报道的研究工作仍未能实现微波光子系统的完全芯片化集成，需要借助分立的光电子器件(例如：激光器、调制器等)或电子器件(例如：电学放大器等)来构建完整的系统链路，这在成本、体积、能耗、噪声方面严重制约着微波光子技术的工程化与实用化。鉴于此，近日，北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室王兴军教授研究团队提出了融合硅基光电子芯片、磷化铟芯片和 CMOS 电芯片的多芯片平台混合集成方案，首次实现了微波光子系统光-电链路的完全集成化拉通。基于该技术方案，研究团队设计实现了一款全芯片化的微波光子频率测量系统，整体尺寸约为几十 mm²，功耗低至 0.88 W，可实现对 2-34 GHz 宽频段微波信号瞬时频率信息的快速、精准测量。该成果发表在 Laser & Photonics Reviews，题为“Fully on-chip microwave photonic instantaneous frequency measurement system”。北京大学博士研究生陶源盛与北京大学长三角光电科学研究院杨丰赫博士为论文的共同第一作者，王兴军教授为论文通讯作者。该团队设计的全芯片化微波光子频率测量系统原理如图1所示，他们在硅光芯片上有源集成了高速调制器(用于微波信号加载)、载波抑制微环、可调谐光学鉴频器和光电探测器等器件。基于磷化铟平台实现高性能的分布式反馈(DFB)激光器，并通过端对端对接耦合方式与硅光芯片实现互连。为在保证系统测量精度的条件下降低对后端采样与处理电路的要求，他们将硅光芯片的弱光电流输出通过金线键合的方式直接连接至 CMOS 跨阻放大芯片的输入。经跨阻放大后的电信号，仅需通过低速采样电路采集，通过离线处理即可还原出输入高频微波信号的瞬时频率信息。图1：全芯片化的微波光子频率测量系统。(a)系统三维示意图；(b)磷化铟激光器芯片与硅光芯片的光学显微图；(c)系统整体的集成封装实物图。图源：Laser Photonics Rev.2022, 2200158, Figure 1面向电子对抗、雷达预警等实际应用场景，研究人员们在实验演示了该全芯片化微波光子频率测量系统对多种不同格式、微秒级快速变化的微波信号频率的实时鉴别。如图 2 所示，依次是对 X 波段(8-12 GHz)范围内的跳频信号(Frequency hopping, FH)、线性调频(Linear frequency modulation, LFM)和二次调频(Secondary frequency modulation, SFM)三类信号的频率-时间测量结果，误差均方根仅 55-60 MHz，是迄今为止同类型集成微波光子系统所展示出的最佳性能。图2：复杂微波信号频率的动态测量结果。(a)跳频信号(Frequency hopping, FH)的频率测量；(b) 线性调频(Linear frequency modulation, LFM)的频率测量；(c)二次调频(Secondary frequency modulation, SFM)信号的频率测量图源：Laser Photonics Rev.2022, 2200158, Figure 4未来展望 本工作所提出的多平台光电混合集成工艺方案，除适用于微波测量应用，对于研究微波信号产生、信号处理、信号传输等其他各种类型微波光子系统的集成化、微型化也具有很高的参考价值，为推动微波光子技术的工程化应用提供了一种通用性的解决方案。

近日，新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院的Qi Jie Wang教授团队及其合作者们通过构建光子类马约拉纳零模（Majorana-like zero mode），在量子级联激光芯片中实现单模、柱状矢量光场输出的太赫兹量子级联激光器。相关成果以“Photonic Majorana quantum cascade laser with polarization-winding emission”为题发表于期刊《Nature Communications》上。新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院博士后韩松(现为浙江大学杭州国际科创中心和浙江大学信电学院研究员)为论文第一作者，博士研究生Yunda Chua为共同第一作者；南洋理工大学电气与电子工程学院Qi Jie Wang教授为论文第一通讯作者，武汉大学信息电子学院曾永全教授为共同通讯作者。拓扑学研究的是几何物体或空间在连续形变下保持的全局性质，它只关注物体之间的空间关系而不考虑其大小和形状。对具有特殊拓扑性质的光子结构而言，空间上的缺陷和无序只会引起局部参数变化，不影响该空间的全局性质。拓扑光子结构的典型特征在于结构内部是绝缘体，而表面则能支持无带隙的界面（表面）态。受结构全局性质的规范，界面态可沿着有限光子绝缘系统的边缘或畴壁单向传输，并且能够有效地绕过结构拐角及制备误差引起的缺陷和无序而无后向散射（即拓扑保护）。因此，拓扑光子结构可用于实现高鲁棒性半导体激光器，即“拓扑激光器”。然而，拓扑激光器研究面临两大共性难题：1）需要光泵；2）需要外加磁场或者构建等效磁场来产生受拓扑保护的界面态激光模式。二者均显著增加了激光器系统的复杂程度、成本和功耗，降低了激光器的可靠性，阻碍了其实用化进程。针对上述难题，课题组前期利用量子能谷霍尔效应的原理，以太赫兹有源超晶格材料为增益介质，集成能谷光子晶体,通过简单的设计打破结构反对称性来产生“能谷-动量锁定”的边界传输模式，实现了拓扑界面态的片上单向传输和放大，从而首次研发出电泵浦拓扑激光器。然而该工作是多模激光器且其信噪比低，难以实现激光器出射光的光束控制。随后，来自南加州大学的科学家利用量子自旋霍尔效应，在室温条件下，实现近红外电泵浦单模激光。然而，该工作设计复杂的超大尺寸耦合环形谐振腔阵列实现拓扑边界态，其样品整体尺寸在200个波长以上，且需要耦合光栅增强激光输出和信噪比，难以实现光束调控、赋形、极化控制等高性能激光器。此外，两个工作均需要选择性地泵浦边界态，牺牲光子晶体体态增益材料，难以实现大面积集成的高功率激光器。因此，对电泵浦拓扑激光器性能的提升，如光束调控、赋形、极化控制、高功率输出等，亟待新的物理机制。团队创造性地将凝聚态中p波超导的马约拉纳零能模式引入到光子晶体体系，并利用光子类马约拉纳零能模式的辐射特性，实现了全动态范围单模输出（边模抑制比大于15dB，输出光率约1毫瓦）、柱状矢量光场调控、固态电泵浦、单片集成的太赫兹拓扑激光器。该成果的独特优势还有：（1）在不需要选择性泵浦的情况下，其发光腔体整体直径可以低至大约4个波长，是目前报道能保证毫瓦量级功率条件下最紧凑的太赫兹拓扑激光器（相对激光波长），这极大提升了该类半导体激光器在实际应用中的集成度。（2）光子马约拉纳微腔的自由光谱程(free spectral range)与腔体尺寸呈现二次方反比律[3]，这一特性使得光子马约拉纳微腔更容易在大面积条件下保持单模激光输出。团队也在电泵浦拓扑激光器体系中证实了该二次方反比律，并实现了大面积泵浦下高功率（大于9毫瓦）和单模激光输出，其功率是同等尺寸下脊形激光器的5.4倍。图1.光子马约拉纳激光器的示意图a和加工样品图b。图2.a.超胞（supercell）能带随Kekule调制相位的变化。b.类马约拉纳光子腔的相位分布及六方晶格位置与相位之间的关系。中心虚线圆包围的部分为非Kekule调制区域（non-Kekule modulated region），其半径标记为ζ，这里ζ=2a。图中显示马约拉纳光子腔的相位绕数为+1。c.相位绕数为+1的类马约拉纳光子腔的空气孔的大小分布。d,e.三维模拟的类马约拉纳光子腔的近场（Ez）与远场（Intensity）分布。图3. a，b实验测到的激光模式随泵浦电流密度变化，a.相位绕数+1，b.相位绕数-1。c.理论计算的净增益。d.实验测得的L-I-V曲线和在对应位置激光光谱。图4.远场测试。a.测试装置示意图。b,c.数值仿真和实验测试的远场光斑。d,e.加偏振片后的激光光谱和光斑。图5.大面积激光的L-I-V曲线，激光光谱，和单模性分析。

2023年7月25日，中国科学院西安光机所赵卫研究员牵头负责的中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项(B类)“大规模光子集成芯片”结题总体验收会议在西安光机所召开。 　　验收专家组由11位专家组成，郝跃院士任组长。发展规划局陶宗宝副局长介绍了先导专项背景和总体验收工作要求，白雪瑞副处长介绍了总体验收工作具体安排。朱文武教授、程亚利高级会计师、张静副研究馆员分别介绍了科技目标与科技管理、财务、档案分项验收情况。专项首席科学家赵卫研究员汇报了专项实施和管理的整体情况。 　　专家组在深入了解专项各方面情况，经质询和讨论后，认为该专项按照实施责任书规定的任务，圆满完成了研究目标，取得了显著成效，同意通过总体验收。专家组建议研究所聚焦国家战略需求和科学前沿重大问题，加快研究攻关，保持和扩大我国在该领域的优势。 　　中国科学院前沿科学与教育局、发展规划局、条件保障与财务局等部门有关人员和专项依托单位、各级任务承担单位代表近30人参加了总体验收会议。

随着集成电路产业发展进入“后摩尔时代”，集成电路芯片性能提升的难度和成本越来越高，人们迫切需要寻找新的技术方案。近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所科研团队在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片领域取得突破性进展，成功开发出可批量制造的新型“光学硅”芯片。相关研究成果8日在线发表于《自然》杂志。 当前，以硅光技术和薄膜铌酸锂光子技术为代表的集成光电技术是应对集成电路芯片性能提升瓶颈问题的颠覆性技术。其中，铌酸锂有“光学硅”之称，近年间受到广泛关注，哈佛大学等国外研究机构甚至提出了仿照“硅谷”模式来建设新一代“铌酸锂谷”的方案。“与铌酸锂类似，钽酸锂也可以被称为‘光学硅’， 我们与合作者研究证明，单晶钽酸锂薄膜同样具有优异的电光转换特性，甚至在某些方面比铌酸锂更具优势。”论文共同通讯作者、中国科学院上海微系统所研究员欧欣说，更重要的是，硅基钽酸锂异质晶圆的制备工艺与绝缘体上硅晶圆制备工艺更加接近，因此钽酸锂薄膜可实现低成本和规模化制造，具有极高的应用价值。此次，科研团队采用基于“万能离子刀”的异质集成技术，通过离子注入结合晶圆键合的方法，制备了高质量硅基钽酸锂单晶薄膜异质晶圆；同时，与合作团队联合开发了超低损耗钽酸锂光子器件微纳加工方法，成功制备出钽酸锂光子芯片。　　欧欣表示，钽酸锂光子芯片展现出极低光学损耗、高效电光转换等特性，有望为突破通信领域速度、功耗、频率和带宽四大瓶颈问题提供解决方案，并在低温量子、光计算、光通信等领域催生革命性技术。

6月27日，无锡市滨湖区召开“双湾奔赴 量启未来”座谈会，并举行上海交通大学无锡光子芯片研究院与香港大学香港量子研究院签约仪式，在先进光子学和量子学及相关领域搭建研究合作桥梁。无锡市滨湖区委书记孙海东与香港大学物理学讲座教授、香港量子研究院院长、香港物理学会理事会主席汪子丹，上海交通大学无锡光子芯片研究院院长金贤敏一行交流座谈，并共同见证签约。香港大学机械工程系全球创科学人教授、香港量子研究院教授、可持续光子制程创科实验室负责人方绚莱，无锡市滨湖区副区长蒋维维等参加交流座谈。孙海东代表区委、区政府向各位来宾的到来表示欢迎。他表示，量子科技作为重大颠覆性创新的领域之一，是未来产业革命的前沿阵地。近年来，滨湖积极融入长三角一体化发展战略，深度对接粤港澳大湾区战略，依托自身产业优势超前布局和发展量子科技产业，构建量子技术应用良好生态，不断推动滨湖量子科技和产业发展取得新成效。香港大学与上海交通大学是全球知名顶尖学府之一，滨湖是科研院所和科技人才的聚集地，希望以签约合作为契机、以科技创新为纽带，充分发挥各自优势，深度开展合作，携手在学术研究、人才交流等领域取得丰硕成果，助力双湾共赴量子科技未来。汪子丹介绍了香港大学的基本情况和香港量子研究院的成立初衷、研究方向及规划展望。他说，香港量子研究院长期专注于量子科学和技术的前沿研究，在量子信息、量子材料、量子人工智能及其应用领域取得了显著进展，为香港大学提供了跨学科的科研平台。滨湖风景秀丽、科创活力涌动、发展势头强劲，是科技创新的热土。扎根滨湖的上海交通大学无锡光子芯片研究院与香港量子研究院科研发展方向高度契合，希望双方深入交流学习，保持更多项目和研究方面的合作，携手推动科研成果在滨湖落地转化、走向市场。金贤敏在详细介绍签约项目情况后表示，上海交通大学无锡光子芯片研究院与香港大学在合作交流上长期保持密切沟通，积极拓展应用场景；在平台建设上，不断加强资源和信息共享，推动量子科技创新和产业创新融合发展。期待未来双方进一步深入科研合作交流，在科研成果转化方面加强合作，提升科技成果的转化率，为滨湖导入新项目、新技术、新产品，助力滨湖经济发展再添“生力军”。此次签约标志着上海交通大学无锡光子芯片研究院与香港大学香港量子研究院在量子科技领域的合作迈出了实质性的一步。双方将共同致力于推动量子科技的发展和应用，为未来的科技进步和产业变革做出更大的贡献。关于CHIPX上海交通大学无锡光子芯片研究院（CHIPX）于2021年12月份在无锡市与上海交通大学深化全面合作的框架下正式成立，研究院由无锡市滨湖区人民政府、上海交通大学、蠡园经济开发区三方共同参与建设。CHIPX率先在无锡布局国内首条光子芯片中试线，以高端光子芯片的研发为核心，聚焦新一代信息技术和产业化应用，推动量子计算机、通用光子处理器、三维光互连芯片和高精密飞秒激光直写机等变革性技术在无锡市落地转化。并围绕光子芯片中试线平台的基础设施和研发支撑，建设核心技术和产业形态聚焦的“光子芯谷”，打造以光子芯片底层技术为驱动，面向量子计算、人工智能、光通信、光互连、激光雷达、成像与显示、智能传感的新一代光子科技产业集群。

光子集成电路 (Photonic Integrated Circuit，PIC) 与电子集成电路类似，但不同的是电子集成电路集成的是晶体管、电容器、电阻器等电子器件，而光子集成电路集成的是各种不同的光学器件或光电器件，比如激光器、电光调制器、光电探测器、光衰减器、光复用/解复用器以及光放大器等。集成光子学可广泛应用于各种领域，例如数据通讯，激光雷达系统的自动驾驶技术和医疗领域中的移动感应设备等。而光子集成电路这项关键技术，尤其是微型光子组件应用，可以大大缩小复杂光学系统的尺寸并降低成本。光子集成电路的关键技术还在于连接接口，例如光纤到芯片的连接，可以有效提高集成度和功能性。类似于这种接口的制造非常具有挑战性，需要权衡对准、效率和宽带方面的种种要求。针对这些困难，科学家们提出了宽带光纤耦合概念，并通过Nanoscribe的双光子微纳3D打印设备而制造的3D耦合器得以实现。该3D自由曲面耦合器利用全内反射，结合Nanoscribe的3D微加工技术可直接在光子芯片上进行3D打印制作。该新型技术可应用于例如光通信技术，计算机传感器等领域，并且科学家们已经在微型光谱仪上验证了光纤到芯片的键合技术，用于便携式传感技术和芯片实验室（微流控芯片技术）。连接芯片到光纤的3D对接耦合器 来自德国明斯特大学物理研究所，CeNTech纳米技术中心，马克思伯恩研究所和柏林洪堡大学的多学科研究团队提出了这个全新概念并共同研发了连接芯片到光纤的3D聚合物耦合器。该3D耦合器基于全内反射的原理直接在光子集成电路上进行3D打印。这种新颖的方法旨在于可见光波长范围内实现低损耗和宽带光纤到芯片的耦合。该设计由模式转换器，全反射平面和一个充当将光速聚集到光纤端面上的透镜球体所组成。这项研究的成果证明耦合可扩展性的概念可通过3D微纳加工技术得以实现。 LEFT:SEM of a freeform 3D fiber-to-chip coupler printed by means of Nanoscribe’s Photonic Professional GT system and connected to a silicon nitride waveguide.RIGHT: Close-up view of the 3D-printed coupler on total internal reflection for fiber-to-chip coup领.Image: H. Gehring, W. Hartmann, W. Pernice et al., University of Münster3D微纳加工实现光子封装 通常，在一个微纳芯片上组装各种光子和光学组件需要多个步骤来完成操作，例如组装、对准、拾取和放置或固定等一系列操作步骤。而利用3D微纳加工技术则可以轻松地在光子集成电路上直接打印高精度自由曲面的微纳组件。因此，3D打印可以大大节省光子封装过程中的设备成本和时间成本。SEM of a photonic chip with several devices illustrating scalable fabrication of hybrid 3D-planar photonic circuits.Image: W. Hartmann, H. Gehring, W. Pernice et al., University of Münste近年来，随着光学、光电子、纳米光子和仿生等领域中各种微纳器件的广泛开发，与之相应的3D微纳加工技术逐渐成为加工技术中的重要一环。 凭借着独有的3D微纳加工技术，Nanoscribe参与了各种研究项目，以开发基于集成光子学新技术。例如,在MiLiQuant研究项目中，Nanoscribe与科学以及工业领域的合作伙伴一起开发了具有微型化，稳定频率和功率的二极管激光器。该项目旨在为医疗诊断产业应用，自动驾驶传感器和基于量子的成像方法制造合适的辐射源。 此外，Nanoscribe还在今年年初加入了欧盟资助的研究项目Handheld OCT。这是由来自不同大学、研究机构和科技公司的科学家和工程师们所组成的研究团队，旨在开发用于眼科检查的便携式成像设备。该新型设备可以拓展基于光学相干断层扫描技术（OCT）的应用，实现从现在的固定眼科临床使用扩展到即时眼科移动护理中。更多有关双光子微纳3D打印产品和技术应用咨询，欢迎联系Nanoscribe中国分公司 - 纳糯三维科技（上海）有限公司德国Nanoscribe 超高精度双光子微纳3D打印系统： Photonic Professional GT2 双光子微纳3D打印设备 Quantum X 灰度光刻微纳打印设备

美国加州大学圣巴巴拉分校与加州理工学院的科学家携手，开发出了首款同时集成激光器和光子波导的芯片，向在硅上实现复杂系统和网络迈出了关键一步。此类光子芯片有助科学家开展更精确的原子钟实验，减少对巨型光学工作台的需求，也可用于量子领域。相关论文已发表于近日出版的《自然》杂志。实验概念图图片来源：《自然》网站集成电路出现后，科学家们开始将晶体管、二极管和其他组件集成在一个芯片上，这大大提高了芯片等的潜力。在过去几年里，光子学领域的科学家一直希望能实现同时集成激光器和光子波导。为研制出此类芯片，工程师们开发了插入式隔离器，以防止可能会出现的导致芯片不稳定的反射。但这种方法需要使用磁性材料，而这也会引发新的问题。在最新研究中，科学家找到了解决这些问题的方法，创造出了第一个真正可用的集成芯片。研究人员首先在硅衬底上放置一个超低损耗氮化硅波导，随后在波导管上覆盖多种硅，并在其上安装了低噪声磷酸铟激光器。通过将两个组件隔离开，防止了蚀刻过程中对波导的损坏。研究团队通过测量芯片的噪声水平来测试其性能，结果令人满意，随后他们用其制造出一个可调谐的微波频率发生器。

美国俄勒冈州立大学和贝勒大学科学家在降低数据中心和超级计算机使用的光子芯片能耗方面取得了突破：他们开发出一种新型设备，控制光子芯片温度变化所需的能量仅为目前能耗的百万分之一，有望成为未来数据中心和超级计算机高速通信的骨干。相关论文刊登于最新一期《科学报告》杂志。　　数据中心能存储、处理和传播数据和应用程序。美国能源部的数据显示，同等面积数据中心的能耗是普通办公楼的50倍，数据中心总用电量约占美国用电总量的2%。而且，随着数据量的飙升，数据中心的数量也与日俱增。　　光子芯片内的电路使用光子而非像传统计算机芯片那样使用电子。光子以光速移动，能实现极快速、高效的数据传输，但需要大量能量来保持其温度稳定和高性能。目前光子学行业完全依赖“热加热器”来微调高速电光设备的工作波长并优化其性能，每台此类热加热器消耗几毫瓦的电力。　　研究团队指出，一个典型的LED灯泡的功率为6到10瓦，几毫瓦听起来可能不算多，但数百万台设备加起来，电量非常惊人。而且，随着系统的规模不断扩大，耗电量也会越来越多。　　鉴于此，俄勒冈州立大学工程学院约翰康利团队研制出了一款新型设备，可通过门极电压控制光子芯片的温度变化，这意味着几乎可不使用电流，将控制光子芯片温度变化所需的能量降低为原来的百万分之一。　　康利强调称，这种芯片“将构成未来数据中心和超级计算机的高速通信骨干”。这一方法将使数据中心在使用更少能源的同时变得更快、更强大，人们也能以更低能耗访问由机器学习驱动的更强大的应用程序，如ChatGPT等。

研究背景微流控技术的多学科领域应用主要表现在对微量体积的液体进行精准控制和操作，广泛应用在化学，生物学和物理学的芯片实验室（lab-on-a-chip）应用中。而为了能更好得对这微小尺度空间进行分析研究，则需要通过集成更小部件来操控微流体通道。通常，微流体通道由主动和被动部件结合在一起（包括过滤器，阀门和混合器等）。然而，微流控芯片的传统制造技术被限制于二维层面，限制了对三维空间的利用，例如多相液滴分离，交换混合器和湿相纤维纺丝等应用。技术突破如今，来自德国亚琛工业大学以及莱布尼兹材料研究所（DWI Leibniz-Institute for Interactive Materials and the RWTH Aachen University）的科学家们使用Nansocribe公司的无掩模光刻系统，采用一种全新的方式解决了制造并集成3D微纳结构到2D微流体通道的问题 - 在2D微型通道内制作嵌入式3D微流控器件，该器件的核心部件是模拟蜘蛛喷丝头的复杂喷嘴设计。科学家们运用Nanoscribe的双光子聚合技术，实现微流道母版制造和密闭通道系统内部的芯片内直接打印，开创了一种全新的微流控微纳加工方法：先运用Nanoscribe的双光子聚合（2PP）技术打印微型通道的聚合物母版，并结合软光刻技术做后续复制工作。随后，在密闭的微流道中通过芯片内3D技术直接制作复杂结构的喷丝头。Nanoscribe双光子聚合微纳加工技术赋予微流控新应用Nanoscribe公司双光子聚合（2PP）技术结合增材制造可以实现超越二维微流体平面的任意三维结构几何形状的制作。用该技术制造的三维微纳结构，结合Nanoscribe无掩模光刻系统的高精度定位设备，可成功将复杂结构元件精准集成到开放或密闭的微型通道中。利用2PP技术可以制作几乎任何形状的3D结构，例如细胞支架，过滤器或混合器等,并打印到预制的微流道中，从而扩大了微流控应用的更多可能性。2PP技术同样适用于2D或2.5D微流道系统聚合物母版制作。该应用进一步小型化了复杂且集成的2D通道系统，同时拓展了制造具有几微米甚至亚微米级横向特征尺寸的花丝结构的可能性。Nanoscribe的2PP技术可用于构造包含不同规模结构的聚合物母版，并通过例如软光刻技术进行复制。更多关于双光子聚合技术的微纳加工信息欢迎登录Nanoscribe网站并注册参加4月13日的首届3D微纳加工主题网络研讨会。届时KIT纳米技术研究院（INT）院士Martin Wegener博士将与我们共同介绍2PP技术原理，并展示用Nanoscribe无掩模光刻系统所制作的令人印象深刻的应用产品。德国Nanoscribe 超高精度双光子微纳3D无掩模光刻系统： Photonic Professional GT2 双光子微纳3D无掩模光刻系统 Quantum X 双光子灰度光刻微纳打印设备更多有关3D双光子无掩模光刻技术和产品咨询欢迎联系Nanoscribe中国分公司 - 纳糯三维科技（上海）有限公司

p 　　光电应用比如光电探测器和发射器都依赖于其活性物质与光强烈相互作用，所以大家会质疑二维材料的性能这无可厚非。毕竟二维材料的横截面最多只能由几个原子构成，因而没有足够的物质与光相互作用。然而，即便随手在网上一搜便会得到许多有关石墨烯和二维光学材料论文和专利。那么是什么让这些材料如此有吸引力呢？ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/4cfd9cf9-f64c-40fe-b69f-ad42da2bcd7f.jpg" title=" 02.jpg" / /p p 　 strong 　1. 超高速自由电子漂浮在石墨烯晶格上 /strong /p p 　　石墨烯的原子结构是每个碳原子都会连结其他三个原子，这对于其性能有着非常深远的影响。这是因为这样的结构使得一大群自由电子以极快的速度移动产生了前所未有的电子迁移率。因此，在高频即便吸收少量的光便可有效地探测到变化。利用石墨烯的特性和一些巧妙的设计，已多次实现了石墨烯光电探测器在可见光和近红外光谱的极高响应率。然而，真正令人兴奋的进展是在1550nm左右波长的电信频率中石墨烯光电探测器已实现数万兆赫的操作速度! /p p 　　 strong 2. 钝化表面和晶格错配现象的消失 /strong /p p 　　二维材料只在范德华力的基础上相互作用于表面(这些微弱的力量保持了石墨各层的结合!)，因此它们不像传统材料在硅上沉积时会产生表面应力。当然他们的表面同样自然钝化，由于没有悬空键, 不仅最大程度降低损耗，也能降低光波导集成的难度。这些属性使得全球研究人员不仅可以在硬基板，而且在柔性基板和透明基板上，利用半导体二维材料提取光时都能产生较高量子产率(已经证明近似使用完美晶体的产能)。 /p p 　　在未来几年，光发射器、调节器和光电探测器的研发浪潮必将到来。我们已经看到了石墨烯探测器与硅技术的集成方面的大量技术准备，但研究人员仍有大量机会将这种神奇的材料应用于集成电路芯片! /p p 　　牛津仪器愿与您携手持续改善我们的工艺和系统，通过开发设备制造解决方案推动这项技术的进步。我们很高兴能有机会与您进一步交流，更多详情欢迎与我们取得联系。 /p

磁性材料中，拓扑自旋结构具有比传统材料稳定耐久的优势，在信息处理储存领域应用潜力巨大，但因其尺度小、依赖低温和磁场环境等特点，一直在应用方面难以突破。近日，厦门大学半导体研究团队康俊勇教授、张荣教授、吴雅苹教授通过物理学、材料学、电子学的交叉研究在该领域取得重大进展，提出利用强磁场调控原子轨道的新思想，成功将拓扑自旋结构用于半导体器件，研制出拓扑自旋固态光源芯片，实现了拓扑自旋结构从理论到器件的关键突破。相关成果以吴雪峰、李煦、康闻宇为共同第一作者于7月13日发表在《自然电子学》期刊上。拓扑自旋固态光源芯片示意图。课题组研究人员介绍，为了发挥拓扑自旋结构的优势作用，并实现在半导体器件领域的应用，团队通过理论模拟，大胆预测拓扑自旋结构可能反向操纵电子和光子。在这一思想火花的指引下，团队自主设计搭建设备，通过优化材料体系，在宽禁带半导体衬底上成功生长出大尺度、长程有序且在室温及无外磁场环境下高度稳定的拓扑半子晶格，为自主研发拓扑自旋固态光源芯片打下坚实基础。(a)磁力显微镜下的大面积meron晶格(b)电子在meron结构中运动轨迹示意图(c)T-LED结构设计及其粒子手性传递机理示意图。随着研究的深入，团队进一步证实此前预测，即当电子注入半子晶格时，其输运轨迹可受到有效调控，进而产生自旋极化。在此基础上，团队进一步将自旋极化电流注入半导体量子阱中，完成了从拓扑保护的准粒子到电子再到光子的手性传递，实现了高效的自旋光发射，成功研制出拓扑自旋固态光源芯片。该新型拓扑自旋固态光源芯片有望满足未来量子科技等发展需求。

加拿大将在五年内投资1.2亿加元(合8820万美元)建设全国性芯片网络，目前要求加拿大政府采取更多措施提振其落后的半导体行业的呼声日益高涨。加拿大工业部长Franç ois-Philippe Champagne周四宣布了“联邦战略创新基金”的支出。这项投资支持了一个2.2亿加元的项目，该项目由非营利组织CMC Microsystems牵头，旨在帮助加拿大初创企业将新技术商业化。据报道，这个名为“互联网边缘(Fabric)网络集成组件制造”的项目将资助原型产品的生产，并为参与者提供更便宜的工具、软件和培训。Fabric还为半导体、超导体、智能传感器和光子学的硬件开发提供高达1000万加元的资金。CMC总裁Gordon Harling在一份声明中表示:“对Fabric的支持确保了加拿大在半导体和先进制造业的未来。”今年4月，IBM宣布与加拿大和魁北克省政府联合投资1.87亿加元，以扩大IBM加拿大公司位于蒙特利尔以东约50英里的Bromont的芯片封装工厂。虽然一些人预示着加拿大芯片行业的复兴，但也有人表示，加拿大总理Justin Trudeau的政府在跟上全球竞争方面做得还不够，尤其是在2022年美国芯片法案出台之后——该法案拨出390亿美元的直接拨款，加上价值750亿美元的贷款和贷款担保，以激励美国的半导体生产。相比之下，Trudeau政府承诺提供数十亿美元的补贴，以配合美国《通胀削减法案》中的激励措施，以吸引全球汽车制造商在加拿大生产电动汽车电池。自芯片法案宣布以来，美国已经开展了50多个半导体项目。加拿大半导体委员会主任Paul Slaby最近抱怨说，加拿大缺乏芯片行业的产业战略。Slaby今年6月在蒙特利尔举行的美洲国际经济论坛上说，Trudeau政府最近才开始为该行业组建一支专门的团队。他建议加拿大寻求通过控制供应链的一个利基环节来确立自己在国际贸易中的地位，就像荷兰对其光刻机制造商阿斯麦所做的那样。

近年来，研究人员和业内主要厂商已将研发重心转向微型化、便携式且低成本的光谱仪系统，使之可以在日常生活中实现现场、实时和原位光谱分析的许多新兴应用。然而，受到过度简化的光学设计和紧凑型架构的机械限制，微型光谱仪系统的实际光谱识别性能通常远低于台式光谱仪系统。如今，克服这些限制的一种策略便是在光子方法学中引入深度学习（DL）进行数据处理。据麦姆斯咨询报道，近日，美国纽约州立大学布法罗分校（University at Buffalo，the State University of New York）与沙特阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science & Technology）的联合科研团队在Nature Communications期刊上发表了以“Imaging-based intelligent spectrometer on a plasmonic rainbow chip”为主题的论文。该论文第一作者为Dylan Tua，通讯作者为甘巧强（Qiaoqiang Gan）教授。在这项研究工作中，研究人员开发了一种紧凑型等离子体“彩虹（rainbow）”芯片，能够实现快速、准确的双功能传感，其性能可在特定条件下超越传统的便携式光谱仪。其中的分光纳米结构由一维或二维的梯度金属光栅构成。该紧凑型等离子体光谱仪利用普通相机拍摄的单幅图像，即可精确地获得照明光源光谱的光谱信息和偏振信息。在经过适当训练的深度学习算法的辅助下，研究人员仅用单幅图像就能表征葡萄糖溶液在可见光光谱范围内的双峰和三峰窄带照明下的旋光色散（ORD）特性。该微型光谱仪具有与智能手机和芯片实验室（lab-on-a-chip）系统集成的潜力，为原位分析应用提供新的可能。研究人员利用彩虹捕获效应（rainbow trapping effect）来开发片上光谱仪系统。图1展示了该研究工作所提出的片上光谱仪和一维彩虹芯片的设计原理。如图1a所示，该光谱仪利用等离子体啁啾光栅实现分光功能。这种表面光栅几何形状的逐渐变化，导致了局部等离子体共振的空间调谐（即为光捕获“彩虹”存储）。如图1b所示，研究人员采用聚焦离子束铣削技术，在300 nm的银（Ag）薄膜上制备了啁啾光栅。当白光垂直入射时，通过简单的反射显微镜系统（如图1c），就可以观察到明显的“彩虹”色图像，如图1d的顶部所示，该现象源于光栅引发的等离子体共振。图1 片上光谱仪的等离子体啁啾光栅根据这些空间模式图像，可以建立共振模式与入射波长一一对应的关系，这是片上光谱仪的基础。因此，研究人员探讨了该光谱仪对任意光谱特征的空间分辨能力。通过深度学习辅助的数据处理和重建方法，研究人员利用这种分光功能可以构建用于光学集成的智能化、微型化光谱仪平台。具体而言，研究人员提出了基于深度学习的智能彩虹等离子体光谱仪概念，并构建了带有等离子体啁啾光栅的光谱仪示例，如图2所示。该光谱仪利用深度神经网络预测了所测量的共振模式图像中的未知入射光光谱，而无需使用传统的线性响应函数模型。实验中的光谱仪架构如图2a所示。智能光谱仪主要由三部分构成：空间模式、预训练神经网络以及对应的波长。图2 基于深度学习的数据重建光谱分辨率是评价传统光谱仪性能的重要参数之一。因此，研究人员对该光谱仪的分辨率做了详细测试，测试结果如图3所示。图3 智能等离子体光谱仪的分辨率以上初步测试数据表明，智能彩虹芯片光谱仪具有实现高分辨率光谱分析的潜力，其性能可与传统台式光谱仪相媲美。随后，研究人员将一维光栅扩展到二维，以利用紧凑型智能等离子体光谱仪实现偏振光谱的测定，其性能超越了传统的光学光谱仪系统。同时，研究人员展示了等离子体彩虹芯片光谱仪可以引入简化、紧凑且智能的光谱偏振系统，具有准确且快速的光谱分析能力。图4a为具有梯度几何参数的二维光栅。图4 用于测定偏振光谱的二维啁啾光栅接着，研究人员利用该二维偏振光谱仪芯片对旋光色散进行了简单而智能的表征。图5a为传统的旋光色散系统测量由物质引起的旋光度随入射波长的函数变化。最后，研究人员展示了将二维光栅作为光谱偏振系统，并介绍了用于葡萄糖传感应用的示例。图5 更简单、准确且智能的光谱偏振分析综上所述，本研究中提出了一种集成了片上彩虹捕获效应与紧凑型光学成像系统的智能芯片级光谱仪。研究结果表明，该等离子体芯片可以在可见光光谱（470 nm - 740 nm）范围内区分不同的照明峰值。该芯片充分利用其波长敏感结构，能够根据照明光谱峰值显示不同的等离子体共振模式。随后将芯片扩展到二维结构，共振模式的复杂性增加，从而在入射光偏振方面提供更多信息。通过使用片上共振模式的空间和强度分布图像来训练深度学习算法，研究人员在同一系统内分别实现了光谱分析和偏振分析。随后，研究人员利用一种将旋光引入透射光的手性物质（即葡萄糖），证明了所提出光谱仪在旋光色散传感方面的可行性，旋光色散是一种有助于手性物质检测和定量的偏振特异性特征。深度学习模型的分析表明，该算法能够基于等离子体芯片的共振模式准确预测葡萄糖引入的旋光。即使在分析多峰照明下的共振模式时，这种性能也得到了保留。这种由深度学习支持的基于图像的光谱仪能够通过利用纳米光子平台的单幅图像同时进行光谱分析和偏振分析。因此，该光谱仪标志着在单一紧凑型且轻量化设计中实现了高性能的光谱偏振分析，为深度光学和光子学在医疗保健监测、食品安全传感、环境污染检测、药物滥用传感以及法医分析等领域的应用赋能。这项研究获得了沙特阿卜杜拉国王科技大学物理科学与工程部的科研基金（BAS/1/1415-01-01）和NTGC-AI项目（REI/1/5232-01-01）的资助和支持。

激光线宽测量。图片来源：《自然光子学》美国耶鲁大学一组研究人员开发出首台芯片级掺钛蓝宝石激光器，这项突破的应用范围涵盖从原子钟到量子计算和光谱传感器。研究结果近日发表在《自然光子学》杂志上。掺钛蓝宝石激光器在20世纪80年代问世，可谓激光领域的一大进步。它成功的关键是用作放大激光能量的材料。掺钛蓝宝石被证明十分强大，因为它提供了比传统半导体激光器更宽的激光发射带宽。这一创新引领了物理学、生物学和化学领域的基础性发现和无数应用。台式掺钛蓝宝石激光器是许多学术和工业实验室的必备设备。然而，这种激光器的大带宽是以相对较高的阈值为代价的，也就是它所需的功率较高。因此，这些激光器价格昂贵，占用大量空间，在很大程度上限制了它们在实验室研究中的使用。研究人员表示，如果不克服这一限制，掺钛蓝宝石激光器仍将仅限于小众客户。将掺钛蓝宝石激光器的性能与芯片的小尺寸相结合，可驱动受功耗或空间大小限制的应用，如原子钟、便携式传感器、可见光通信设备，甚至量子计算芯片。耶鲁大学展示了世界上第一台集成了芯片级光子电路的掺钛蓝宝石激光器，它提供了芯片上迄今看到的最宽增益谱，为许多新的应用铺平了道路。新研究的关键在于激光器的低阈值。传统掺钛蓝宝石激光器的阈值超过100毫瓦，而新系统的阈值约为6.5毫瓦，通过进一步调整，研究人员相信可将阈值降低到1毫瓦。此外，新系统还与广泛用于蓝色LED和激光的氮化镓光电子器件兼容。

瑞士与意大利科学家开发了一种基于集成光子学的量子密钥分发（QKD）系统，能以前所未有的速度传输安全密钥。在新QKD系统中，除激光器和探测器外，所有组件都集成到芯片上，这具有紧凑、低成本和易于大规模生产等诸多优点。该原理验证实验代表了向实际应用这种高度安全的通信方法迈出了重要一步。该成果发表在最新一期《光学研究》期刊上。QKD技术的一个关键目标是能将其简单地集成到现实世界的通信网络中。实现这一目标的一个重要且必要的步骤是使用集成光子学，它允许使用与制造硅计算机芯片相同的半导体技术来制造光学系统。新研发的QKD系统使用发射器发送编码光子，并使用接收器检测它们。瑞士日内瓦大学团队开发了一种将光子集成电路与外部二极管激光器结合在一起的硅光子发射器。QKD接收器由二氧化硅制成，由光子集成电路和两个外部单光子探测器组成。意大利米兰的CNR光子学和纳米技术研究所团队则使用飞秒激光微机械加工来制造接收器。对于发射器，使用带有光子和电子集成电路的外部激光器可以高达2.5吉赫兹的创纪录速度准确地产生和编码光子；对于接收器，低损耗和偏振无关的光子集成电路和一组外部检测器允许对传输的光子进行被动和简单的检测。用标准单模光纤连接这两个组件可高速生成密钥。研究人员使用150公里长的单模光纤和单光子雪崩光电二极管在不同的模拟光纤距离上进行了密钥交换。他们还使用单光子超导纳米线探测器进行了实验，使量子误码率低至0.8%。

如今，量子计算研究已成为全球科技发展的一大热点，各主要国家高度关注量子计算的发展，启动国家级量子战略行动计划，大幅增加研发投入，同时开展顶层规划以及研究应用布局。同时，国际产业界也纷纷投资量子计算，如谷歌、IBM、英特尔、微软等巨头企业更是积极推动量子计算产业的发展，其中以谷歌公司在 2019 年首次实现量子霸权，为产业界在量子计算方面发展的标志。据波士顿咨询公司（Boston Consulting Group）预测，量子计算机将很快开始解决许多今天的计算机无法解决的工业问题。那么量子计算机离我们还有多远呢？从当前硬件、算法和计算机架构上来说，量子计算机还不是很成熟。在 20 多年前，澳大利亚的量子计算机专家 Bruce Kane 在《自然》上发表了名为“A silicon-based nuclear spin quantum computer”论述了搭建硅基量子计算机的问题，并指出之中的关键是要将量子比特放置在间距 10—20nm 时所能够实现的一种两比特门。众所周知，我们的电脑是由很多具有特定功能的复杂电路组成，其中就有很多逻辑门电路。这些逻辑门电路及其有序组合就是电脑中形形色色的功能的基础，进而成就了人类数字社会的今天，而逻辑门操作的稳定性和开关特性决定了电脑的很多关键性能，例如计算速度等。这种特殊的两比特门就像是我们通向通用硅基单原子量子计算机的最后一道门一样，来自南方科技大学的贺煜副研究员也许就是开启这扇通向单原子级别硅基量子计算大门的开门人。他和团队成员一起，利用高精度微纳加工方式，将两个磷原子构成的量子点分别放置在相距 13nm（也就是130）的位置上，实现了第一个适用于量子计算机的高速两比特门。图 | 《麻省理工科技评论》中国区“35 岁以下科技创新 35 人”榜单入选者贺煜贺煜现在是南方科技大学量子科学与工程研究院的副研究员、独立 PI、硅量子器件和量子计算方向团队带头人。多年来，他在量子计算和量子网络方面取得了系列开创性成果，利用前沿量子技术操纵单个原子、电子和光子，在微观世界构建未来信息技术。突破关键量子门，推进量子计算机构建从硬件的角度来说，如果能基于硅制作量子计算机无疑是最方便的，因为从材料上来说，硅在地球上的含量是十分富足的。再者，如今的半导体工艺大都基于硅材料，那么与传统半导体工艺的兼容性也能使得量子计算机的构建变得更加方便。在 2019 年，贺煜带领团队证明了硅基磷原子体系第一个两比特门，是满足通用量子计算判据的最后一条，也正是 Bruce Kane 提出的量子计算方案中关键的一环。来自南方科技大学的俞大鹏院士以此推荐贺煜博士入选“35 岁以下科技创新 35 人”榜单，并表示：“这个工作为大规模量子计算芯片奠定了坚实基础，是一个里程碑式的工作。”该成果以封面文章发表在《自然》上，贺煜为第一作者，且该工作被列为“2019 年量子计算实验十大进展”。图 | 贺煜发表在《自然》的论文贺煜创造性地采用扫描隧道显微镜技术（STM）实现纳米尺度芯片加工，成功地以单原子级别的精度将两个磷原子构成的量子点放置在 13 纳米间距上，在硅基量子芯片上实现了第一个高速两比特门——800 皮秒的根号交换门，并实现了利用全统计计数方法对比特读出保真度的优化、参与构建比特读出保真度分析的理论工作等。这是一种高精度的微纳加工方式，可用于制备单原子、单电子量子器件以及人工量子材料，并能够实现单原子尺度的量子计算，为大规模可扩展的硅基量子计算奠定了坚实基础。师从潘建伟院士和陆朝阳教授多年来，贺煜在量子计算和量子网络方面取得了系列开创性成果，用前沿量子技术操纵单个原子、电子和光子，在微观世界构建未来量子信息技术平台。回顾他的求学之路，用“根正苗红”来形容再合适不过。自本科起，贺煜就在中科大这片量子的土壤中成长，并以优异的成绩保送本校硕博连读。期间在导师潘建伟院士和陆朝阳教授的指导下，贺煜主要研究砷化镓自组装量子点，核心成果包括一系列单光子源方面开创性工作，以及首次观察到自发辐射谱线擦除效应——实现量子光学的实验突破，以及单光子向单电子自旋的量子传态等。谈及选择量子技术作为研究方向的原因，他告诉 DeepTech：“之所以一直选择量子物理、量子计算的方向，首先是兴趣爱好，是自己对于微观世界的好奇心和对量子世界的喜爱所驱动，其次是因为量子计算是一个将改变人类未来的前沿科技，尤其是硅量子计算芯片具有很大的产业潜力，希望通过自己的耕耘为社会贡献一份力量，为科学发展做一份努力。”图 | 贺煜发表在《自然-光子学》的论文2015 年以后，贺煜继续在陆朝阳教授团队做了半年的博后研究，结合博士期间的工作，实现了当时世界最高光子数玻色抽样——证明了量子计算机对于第一台电子管计算机 ENIAC 的超越和第一台晶体管计算机 TRADIC 的超越，研究成果以论文形式发表于 2017 年的《自然-光子学》上，并入选“2017 年中国十大科技进展新闻”。论文指出，为完成高性能玻色抽样实验，研究团队克服的技术难点有两个：一是基于砷化镓量子点，研究团队设计了稳定的高亮度单光子源；二是设计并使用了性能卓越的多光子干涉仪（multiphoton interferometers），其传输效率高达 99%。研究团队完成并实现了 3 光子、4 光子以及 5 光子玻色抽样实验，采样率分别为 4.96kHz、151Hz 和 4Hz，都达到之前实验的 24000 倍以上。图 | 贺煜团队开发的高性能玻色抽样实验平台这是一项十分惊人的突破，是首次量子计算机超越传统计算机的案例。火车刚刚出现时比马车还慢，飞机刚刚问世时只能在空中短暂停留，如今都是改变生活的重要科技成果。量子计算机从理论上来说，会比传统计算机快很多，是基于量子比特运行的计算机。通过量子物理学中的两个奇异的原理——“纠缠（entanglement）”和“叠加（superposition）”，量子计算机能以指数形式扩展计算机的处理速度。着眼未来，布局固态量子网络从根本上来说，量子计算机目前仍处在产业发展的初期阶段，但军工、金融、石油化工、材料科学、生物医疗、航空航天、汽车交通等行业都已注意到其巨大的发展潜力。随着时间的推移，预计 2050 年左右将达到每年 3000 亿美元的营业收入，将成为改变世界的下一代技术革命关键领域之一。回顾计算机的发展历史，世界上的第一台计算机是 ENIAC，它生于第二次世界大战，主要任务是计算弹道，是一台军用计算机。而计算机的全面普及其实与商业计算机的出现和网络的构建息息相关。那么量子计算机会不会也沿着这一条“老路”发展呢？这也是一个值得思考的问题。贺煜认为，量子计算机要走向应用，量子网络和通信是十分关键的技术，必须做以突破。如今他任教于南方科技大学，除了量子计算之外，主要研究方向还有量子网络。2017 年，他和团队实现了单光子到单电子的量子传态，开发了一整套全新的单光子频率比特控制和测量方案，验证了单个光子和电子之间的纠缠，并且把光子的量子信息传递到 5 米远的电子自旋上去，为固态量子网络研究的重要突破。图 | 贺煜及研究团队完成的“单光子-单电子”量子传态而谈及接下来的研究方向，贺煜表示：“根据硅量子计算的发展趋势，在南方科技大学量子科学与工程研究院，我将带领硅量子计算团队，研究硅基量子计算芯片和量子计算，从根本问题入手，解决目前的一些技术瓶颈：进行硅基单原子量子器件的基本物理研究；研究新型的硅基原子比特和研究比特耦合技术；利用低温扫描隧道显微镜直写技术构建新型芯片等。并将研发的新工艺和半导体芯片产业化进行对接，为将来的广阔商业前景奠定基础。”

日前，中科院外籍院士、美国佐治亚理工学院和中科院北京纳米能源与系统研究所王中林研究小组，利用垂直生长的纳米压电材料阵列，研制出大规模发光二极管阵列，并且利用压电光电子学效应，首次实现利用外界应力/应变改变纳米压电发光二极管发光强度的过程 首次研制出主动自适应式的、高分辨率的、以光电信号为媒介、并行处理的压力传感成像芯片系统。相关论文于8月11日在线发表于《自然&mdash 光子学》杂志。 　　用电信号或光电信号成功实现对高分辨率触觉的模拟，将对新型机器人、人机互动界面等领域有着重大意义。相比于其他感知器官(如视觉、听觉、嗅觉、味觉等)的研究，触觉的仿生研究目前还很少。现有的压力传感研究的分辨率多为毫米或厘米量级，而且受制于多种因素，难以实现大面积、高分辨的应力分布快速成像。 　　当器件表面受到外力作用时，受压的纳米线所在的发光二极管光强比没有受压的纳米线所在的光强显著增强，而且增强程度与器件局域所受的外加应力成正比。通过对整个器件的发光二极管阵列发光强度变化的监控，就可以很容易得知器件表面的受力情况。该研究组创新性地采用光信号(而非传统的电信号)来作为表征信号，CCD相机采得的发光二极管阵列图像为载体，这就使得该器件在光传输、数字化处理、光通信等方面有很好的应用前景。 　　该研究首次实现了大规模基于单根纳米线阵列的纳米器件制造、表征和系统集成 首次奠定了压电光电子学效应及其在大规模传感成像中的应用 首次在高于人皮肤分辨率的情况下实现了大尺度应力应变成像及记录。 　　据介绍，该研究应用范围涵盖生物医疗、人工智能、人机交互、能源和通信等领域，通过封装和填充材料还可起到增强器件机械强度和延长器件工作寿命的作用。在未来可被进一步发展成多维度压力传感、智能自适应触摸成像和自驱动传感等。

近日，合肥和光微电子科技有限公司（以下简称“和光微”）完成种子轮融资，本轮融资由合肥市科创集团种子基金完成投资，加之项目此前获得HRG合肥研究院数百万元研发资金支持，项目累计融资金额已近千万元。本轮融资资金将主要用于新款芯片流片和产品应用推广。和光微创立于2022年，是国内超表面光学技术领域最早的商业化公司之一。公司专注于超表面光学技术的研究与应用开发，为全球客户提供先进的超表面光学功能芯片和超表面光学元件。2023年初，和光微已实现首款光谱成像芯片成功流片。超表面光学作为一种新兴的光子学和电磁学领域的交叉技术，近年来受到广泛关注和研究。和光微电子是一家光谱成像芯片研发商，专注超表面光学技术，由于其新型特性、尺寸紧凑、重量更轻、效率更高、性能更好、能耗更低、数据量更少，且与CMOS兼容，可对光场的振幅、相位、光谱、偏振等多维信息进行调控，大大拓展了光学应用的领域。

为了解决散热问题，封装厂商在探索各种方法一些过热的晶体管可能不会对可靠性产生很大影响，但数十亿个晶体管产生的热量会影响可靠性。对于 AI/ML/DL 设计尤其如此，高利用率会增加散热，但热密度会影响每个先进的节点芯片和封装，这些芯片和封装用于智能手机、服务器芯片、AR/VR 和许多其他高性能设备。对于所有这些，DRAM布局和性能现在是首要的设计考虑因素。无论架构多么新颖，大多数基于 DRAM 的内存仍面临因过热而导致性能下降的风险。易失性内存的刷新要求（作为标准指标，大约每 64 毫秒一次）加剧了风险。“当温度提高到 85°C 以上时，就需要更频繁地刷新电容器上的电荷，设备就将转向更频繁的刷新周期，这就是为什么当设备变得越来越热，电荷从这些电容器中泄漏得更快的原因。不幸的是，刷新该电荷的操作也是电流密集型操作，它会在 DRAM 内部产生热量。天气越热，你就越需要更新它，但你会继续让它变得更热，整个事情就会分崩离析。”除了DRAM，热量管理对于越来越多的芯片变得至关重要，它是越来越多的相互关联的因素之一，必须在整个开发流程中加以考虑，封装行业也在寻找方法解决散热问题。选择最佳封装并在其中集成芯片对性能至关重要。组件、硅、TSV、铜柱等都具有不同的热膨胀系数 (TCE)，这会影响组装良率和长期可靠性。带有 CPU 和 HBM 的流行倒装芯片 BGA 封装目前约为 2500 mm2。一个大芯片可能变成四五个小芯片，总的来说，这一趋势会持续发展下去，因为必须拥有所有 I/O，这样这些芯片才能相互通信。所以可以分散热量。对于应用程序，这可能会对您有所一些帮助。但其中一些补偿是因为你现在有 I/O 在芯片之间驱动，而过去你在硅片中需要一个内部总线来进行通信。最终，这变成了一个系统挑战，一系列复杂的权衡只能在系统级别处理。可以通过先进的封装实现很多新事物，但现在设计要复杂得多，当一切都如此紧密地结合在一起时，交互会变多。必须检查流量。必须检查配电。这使得设计这样的系统变得非常困难。事实上，有些设备非常复杂，很难轻易更换组件以便为特定领域的应用程序定制这些设备。这就是为什么许多高级封装产品适用于大批量或价格弹性的组件，例如服务器芯片。对具有增强散热性能的制造工艺的材料需求一直在强劲增长。Chiplet模块仿真与测试进展工程师们正在寻找新的方法来在封装模块构建之前对封装可靠性进行热分析。例如，西门子提供了一个基于双 ASIC 的模块的示例，该模块包含一个扇出再分布层 (RDL)，该扇出再分配层 (RDL) 安装在 BGA 封装中的多层有机基板顶部。它使用了两种模型，一种用于基于 RDL 的 WLP，另一种用于多层有机基板 BGA。这些封装模型是参数化的，包括在引入 EDA 信息之前的衬底层堆叠和 BGA，并支持早期材料评估和芯片放置选择。接下来，导入 EDA 数据，对于每个模型，材料图可以对所有层中的铜分布进行详细的热描述。量化热阻如何通过硅芯片、电路板、胶水、TIM 或封装盖传递是众所周知的。存在标准方法来跟踪每个界面处的温度和电阻值，它们是温差和功率的函数。“热路径由三个关键值来量化——从器件结到环境的热阻、从结到外壳（封装顶部）的热阻以及从结到电路板的热阻，”详细的热模拟是探索材料和配置选项的最便宜的方法。“运行芯片的模拟通常会识别一个或多个热点，因此我们可以在热点下方的基板中添加铜以帮助散热或更换盖子材料并添加散热器等。对于多个芯片封装，我们可以更改配置或考虑采用新方法来防止热串扰。有几种方法可以优化高可靠性和热性能，”在模拟之后，包装公司执行实验设计 (DOE) 以达到最终的包装配置。但由于使用专门设计的测试车辆的 DOE 步骤耗时且成本更高，因此首先利用仿真。选择 TIM在封装中，超过 90% 的热量通过封装从芯片顶部散发到散热器，通常是带有垂直鳍片的阳极氧化铝基。具有高导热性的热界面材料 (TIM) 放置在芯片和封装之间，以帮助传递热量。用于 CPU 的下一代 TIM 包括金属薄板合金（如铟和锡）和银烧结锡，其传导功率分别为 60 W/mK 和 50 W/mK。随着公司从大型 SoC 过渡到小芯片模块，需要更多种类的具有不同特性和厚度的 TIM。Amkor 研发高级总监 YoungDo Kweon 在最近的一次演讲中表示，对于高密度系统，芯片和封装之间的 TIM 的热阻对封装模块的整体热阻具有更大的影响。“功率趋势正在急剧增加，尤其是在逻辑方面，因此我们关心保持低结温以确保可靠的半导体运行，”Kweon 说。他补充说，虽然 TIM 供应商为其材料提供热阻值，但从芯片到封装的热阻，在实践中，受组装过程本身的影响，包括芯片和 TIM 之间的键合质量以及接触区域。他指出，在受控环境中使用实际装配工具和粘合材料进行测试对于了解实际热性能和为客户资格选择最佳 TIM 至关重要。孔洞是一个特殊的问题。“材料在封装中的表现方式是一个相当大的挑战。你已经掌握了粘合剂或胶水的材料特性，材料实际润湿表面的方式会影响材料呈现的整体热阻，即接触电阻，”西门子的 Parry 说。“而且这在很大程度上取决于材料如何流入表面上非常小的缺陷。如果缺陷没有被胶水填充，它代表了对热流的额外阻力。”以不同的方式处理热量芯片制造商正在扩大解决热量限制的范围。“如果你减小芯片的尺寸，它可能是四分之一的面积，但封装可能是一样的。是德科技内存解决方案项目经理 Randy White 表示，由于外部封装的键合线进入芯片，因此可能存在一些信号完整性差异。“电线更长，电感更大，所以有电气部分。如果将芯片的面积减半，它会更快。如何在足够小的空间内消散这么多的能量？这是另一个必须研究的关键参数。”这导致了对前沿键合研究的大量投资，至少目前，重点似乎是混合键合。“如果我有这两个芯片，并且它们之间几乎没有凸起，那么这些芯片之间就会有气隙，”Rambus 的 Woo 说。“这不是将热量上下移动的最佳导热方式。可能会用一些东西来填充气隙，但即便如此，它还是不如直接硅接触好。因此，混合直接键合是人们正在做的一件事。”但混合键合成本高昂，并且可能仍仅限于高性能处理器类型的应用，台积电是目前仅有的提供该技术的公司之一。尽管如此，将光子学结合到 CMOS 芯片或硅上 GaN 的前景仍然巨大。结论先进封装背后的最初想法是它可以像乐高积木一样工作——在不同工艺节点开发的小芯片可以组装在一起，并且可以减少热问题。但也有取舍。从性能和功率的角度来看，信号需要传输的距离很重要，而始终开启或需要保持部分关断的电路会影响热性能。仅仅为了提高产量和灵活性而将模具分成多个部分并不像看起来那么简单。封装中的每个互连都必须进行优化，热点不再局限于单个芯片。可用于排除或排除小芯片不同组合的早期建模工具为复杂模块的设计人员提供了巨大的推动力。在这个功率密度不断提高的时代，热仿真和引入新的 TIM 仍然必不可少。

p 　　光信息与光网络已经成为国家重要的信息基础设施，奠定了智慧城市的发展基础，也支撑着下一代互联网、移动互联网、物联网、云计算和大数据等战略性新兴产业的发展，同时，在智慧安防、智慧医疗、智慧交通，智慧物业、智慧家居、信息消费等众多领域，都有光信息技术的重要应用。 /p p 　　光通信芯片作为整个光信息与光网络的核心环节，将成为人们更加关注的焦点。作为专注国内外产学研的优质服务平台，由中国光学工程学会联合国内相关机构组织的第十一届光电子· 中国博览会暨“2019第三届光信息与光网络大会”将于8月5日-7日在北京国家会议中心盛大召开，为国内光芯片制造商搭建解决方案与产品市场拓展的一站式服务平台。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/31ce84d0-d27e-4054-8f60-6bff275ed882.jpg" title=" viewfile.jpg" alt=" viewfile.jpg" / /p p br/ /p p strong 巨头企业进军布局光芯片市场 /strong /p p 　　光通信芯片是一种高度集成的元器件,是实现电信号和光信号之间的相互转换的关键。5G给光通信芯片市场带来了巨大机遇，随着行业景气度的上升，国内的通讯企业也在加大布局芯片研发，纷纷出台战略计划开展产业布局，逐步上游芯片和核心器件布局和延伸，抢占战略制高点。 /p p 　　2013年，华为就已进军光通信芯片市场，在光通信领域积淀深厚。当年，华为通过收购比利时硅光子公司Caliopa，宣告加入芯片战场，后来又收购了英国光子集成公司CIP，奠定了自身在光芯片行业的地位。 /p p 　　2017年1月，光迅科技也在谋划布局，并斥巨资6000万元建设光谷信息光电子创新中心。据统计，光迅科技目前的出货能力为8000万芯片/年，芯片的自给率达到95%左右。 /p p 　　2018年5月，华工科技亦紧锣密鼓研发核心芯片技术，以期赶上5G建设市场大潮。公司投资6000万设立了光芯片合资公司，专研高速光芯片，产品将在2019年进行量产。 /p p 　　2018年9月，江苏亨通光电也正朝光器件光芯片领域延伸，其公告了与英国洛克利硅光子公司合作的100G硅光子模块项目，完成了100Gbps硅光芯片的首件试制和可靠性测试，完成了硅光子芯片测试平台的搭建。 /p p 　　这些巨头企业究竟是如何布局国内光芯片市场的?或许您可以从“2019第三届光信息与光网络大会”得到答案。本届大会亮点纷呈，武汉邮电研究院赵梓森院士、中国工程院邬贺铨院士、华中科技大学刘德明、中国联通刘韵洁等多位国内外院士、专家亲临现场做精彩报告，共同探讨光信息网络的前沿技术及最新产业应用， 展望全产业链发展趋势，为盛会的召开“添砖加瓦”。 /p p 　　此外，中国光学工程学会将特邀国内三大运营商齐聚一堂，华为、中兴、烽火、长飞等龙头企业悉数到会，他们将覆盖全产业链最新研究热点，重点围绕5G、新型光纤光缆、城域网与光模块、光接入、云数据中心、光电子器件与集成等热点话题展开深入交流，分享最新技术成果，共同深入探讨前沿技术、发展战略、促进产学研各方交流合作。 /p p br/ /p p strong 高端芯片成突围“瓶颈 ” /strong /p p 　　中国整体的光通信芯片企业整体实力较弱，产品主要集中在中低端领域，高速光芯片国产化率较低。一旦发生外国企业并购现象，收紧芯片自主知识产权，中国高端光通信芯片国产化进程或将迎来巨大挑战。 /p p 　　中国电子元件行业协会发布的《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022年)》显示，国内企业目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探测器、调制器芯片，高端芯片能力比美日发达国家落后1-2代以上。 /p p 　　纵观行业发展情况，未来光芯片市场发展进程有望提速，但机遇之下危机四伏，产品成本高企将成为最大的“拦路虎”。目前低速率光模块/光器件光芯片的成本占比约为30%，高速率芯片的成本占比约为60%。由于高端的光芯片处于光通信产业链的核心位置，因此未来谁抢占了高技术壁垒，将有利于占据产业链的价值制高点。 /p p 　　由于芯片行业更新迭代快，所以未来各大厂商必须通过深耕高端芯片细分化市场、研发差异化产品，才能更顺利地突出重围。期待未来国内的企业能够积极参与开发高端光通信芯片，形成差异化的高端产品，顺利占据行业制高点。 /p p 　　本届光博会展商参展/参观登记/参会注册均已全面上线，欢迎登陆展会官网或官方微信预约登记。 /p p 　　展会报名地址：http://www.cipeasia.com/ /p p 　　 strong 联系方式 /strong /p p 　　光电子· 中国博览会组委会 /p p 　　服务热线：022-58168878、010-83739883 /p p 　　展会网址：http://www.cipeasia.com/ /p p 　　宣传合作：许晓洁 010-83739885 /p p 　　联系邮箱：zhanjiahe@csoe.org.cn /p

微纳光子学亚波长器件研究获进展 或让电子学和光子学在纳米尺度上联姻 　　微纳光子学主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用。微纳光子学亚波长器件能有效提高光子集成度，有望像电子芯片一样把光子器件集成到尺寸很小的单一光芯片上。纳米表面等离子体学是一新兴微纳光子学领域，主要研究金属纳米结构中光与物质的相互作用。它具有尺寸小，速度快和克服传统衍射极限等特点，有望实现电子学和光子学在纳米尺度上的完美联姻，将为新一代的光电技术开创新的平台。 　　金属-介质-金属F-P腔是最基本的纳米等离子体波导结构，具有良好的局域场增强和共振滤波特性，是制作纳米滤波器、波分复用器、光开关、激光器等微纳光器件的基础。但由于纳米等离子体结构中金属腔的固有损耗和能量反射，F-P腔在波分复用器应用中透射效率往往较低，这给实际应用带来不利。 　　针对此问题，中科院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室刘雪明研究员及其课题组成员陆华、宫永康等近期开展了相关研究并取得一定成果。到目前为止，已在Optics Express, Optics Letters, J. Opt. Soc. Am. B, Applied Physics B等国际著名光学期刊上发表论文十余篇。最近，科研人员提出了一种提高表面等离子体F-P腔波分复用器透射效率的双腔逆向干涉相消法。该方法能有效避免腔的能量反射，使入射光能完全从通道端口出射，极大增强了透射效率。此设计方法还能有效的抑制噪声光的反馈。同时，科研人员利用耦合模方法验证了这种设计方法的可行性。这种波分复用器相比目前报道的基于F-P单腔共振滤波的波分复用器的透射效率提高了50%以上。相关的成果于2011年6月20日发表在Optics Express上，论文题目为：Enhancement of transmission efficiency of nanoplasmonic wavelength demultiplexer based on channel drop filters and reflection nanocavities。 　　该研究成果引起了美国光学学会(Optical Society of America, OSA)的注意，并于6月27日被选为“Image of the week”。 　　论文链接

罗切斯特大学研究人员共同开发的1平方毫米的集成光子芯片将使干涉仪精度更高。图片来源：罗切斯特大学/ J. Adam Fenster从镜子上的微小缺陷，到大气中污染物的扩散，再到宇宙深处的引力波，通过合并两个或多个光源，干涉仪产生的干涉图样可以提供一切事物的详细信息。“想要进行非常精确的测量，光学干涉仪必不可少，因为光可以成为非常精确的‘尺子’。”美国罗切斯特大学光学助理教授Jaime Cardenas说。现在，Cardenas的实验室发明了一种方法，使这种光学机器更加灵敏。罗切斯特大学博士生宋美廷（音译）首次在1平方毫米的集成光子芯片上验证了一种实验方法，可以在不增加无关且不必要的输入或“噪声”的情况下放大干涉信号。近日发表在《自然—通讯》的这一突破，基于该校物理学教授Andrew Jordan和实验室学生开发的波导弱值放大理论。Jordan和团队研究弱值放大已有十多年。他们以一种新颖的方式将模态分析应用于具有弱值放大功能的自由空间干涉仪上，弥补了自由空间与波导弱值放大之间的差距，并由此证明了在光子芯片上集成弱值放大的理论可行性。弱值放大是基于光的量子力学，基本上只涉及包含所需信息的特定光子导向探测器。Cardenas说，这个概念曾被演示过，但“总是要在实验室里放置一张桌子、一堆镜子和激光系统，这些物件排列起来非常耗时和辛苦”。“我们将所有这些物质提炼出来，放入光子芯片中。通过把干涉仪装在芯片上，你可以把它放在火箭、直升机，或者手机上。放在哪里它都不会偏移。”Cardenas说。与传统的干涉仪不同，新装置没有使用一组倾斜的镜子来弯曲光线并产生干涉图样，而是使用了一个设计好的波导来传播光场的波。Cardenas说，这是该研究的新颖之处。在传统干涉仪中，只要简单地提高激光功率，就可以提高信噪比，从而产生更有意义的输入。但Cardenas说，这实际上是有限制的，因为传统的干涉仪探测器只能处理有限的激光功率，在达到饱和前，信号噪声比并不能提高。新装置通过在探测器上以更少的光达到相同的干涉仪信号，消除了这一限制，这为通过继续增加激光功率从而增加信噪比留下了空间。“如果以传统干涉仪相同的功率到达新弱值，新设备总是会有更好的信噪比。”Cardenas说，“这项工作真的很酷，有很多非常棒的物理和工程应用在后台进行。”他表示，下一步将把该设备用于相干通信和使用压缩或纠缠光子的量子应用，使量子陀螺仪等设备成为可能。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26522-2

原位电镜（in situ transmission electron microscopy）是一种在电子显微镜下实时高空间分辨率观察和记录材料或样品在不同条件下变化的技术，这种技术的应用涵盖了多个领域，包括材料科学、纳米科技、生物学等。特别是得益于气体和液体环境的引入，大大的拓展了原位电镜技术的应用范畴，如腐蚀科学和催化反应等。电子显微镜本身具有非常高的真空工作环境，因此，气相和液相反应介质通常被密封在一个非常小的纳米反应器里面。由于氮化硅（SiNx）具有易于微纳米制造且在一定厚度下仍有可靠的力学特性及适度的电子透明度等优点，被广泛应用于原位电镜中芯片用的密封膜材料。在过去20年，基于像差校正器、单色器及直接探测器等硬件技术的发展，电子显微镜本身的性能包括空间和能量分辨率都得到显著提升。但是原位电子显微学直到目前为止，在空间分辨率上并无显著突破。关键原因是作为密封的SiNx膜材料限制了电镜本身及原位实验的品质因子。目前商用的SiNx膜的厚度一般为50 nm，而气相和液相电子显微学一般需要用两个原位芯片，这样仅密封膜的厚度就高达100 nm。如此厚的密封膜会造成非常高的有害电子散射，大大降低了原位电子显微学实验中采集的各种数据的信噪比。在原位电子显微学领域，学者们都一直认为降低SiNx膜的厚度非常必要，但是直到目前仍很难实现，因为仅通过刻蚀降低SiNx膜厚度，会造成力学性能的显著恶化。针对此问题，美国西北大学的Xiaobing Hu和Vinayak Dravid教授研究团队从自然界蜂窝结构稳定性获得灵感，巧妙利用掺杂浓度对Si的刻蚀速率影响，在观察窗口区域引入了额外的微米尺度Si支撑图案，成功的将SiNx膜的厚度从50 nm降至10 nm以下。这种在窗口区域具有支撑图案的超薄原位芯片具有很多优点，如优异的力学性能、耐电子束辐照、充分大的可观察区域，保证了该超薄芯片在原位电子显微学上的广泛应用。基于Pd的储氢特性，作者系统了探索了超薄芯片对原位实验测量品质因子的影响，及Pd纳米颗粒的吸/析氢行为。图1. 超薄原位电镜用芯片的制备及其优异的力学稳定性和电子束耐辐照性能，插图A、C中标尺分别为10 mm, 100 μm图1A显示超薄芯片的制备过程，图1B显示了具有不同厚度的SiNx窗口的原位芯片。图1C的扫描透射模式下的暗场和明场像显示出超薄芯片窗口区域的蜂窝状特征。图1D显示出这种超薄芯片优异的力学特性，即使在5 nm厚的情况下，仍能承受1个大气压，完全满足绝大多数的气相原位实验。图1E显示出超薄芯片非常好的耐电子束辐照特性，当厚度从50 nm降到10 nm时，临界电子束剂量几乎没有改变。图1E为用光学方法和电子能量损失谱测量的不同厚度的SiNx膜数据。图2. 基于超薄原位芯片的气相电子显微学实验品质因数的显著提升图2A为理论模拟不同厚度的SiNx对Au纳米颗粒明场像信噪比的影响，对于超薄原位芯片而言，即使在电子剂量比较低的情况下，仍可以拥有很好的信噪比，成像质量比较高。图2B、C显示出在一个大气压的Ar环境不同SiNx膜厚度下的高分辨像对比。可以看出与常规50 nm厚的原位芯片相比，超薄芯片的应用不仅提高了图像的信噪比，分辨率也从2.3 Å提高到1.0 Å。图2C显示出了能谱对比结果，可以看出在一个大气压的Ar环境下，当原位芯片窗口区域膜厚度从50 nm 降低到10 nm时，Ar/Si峰值比从0.59%升到8.3%，提高了14倍以上。图2E-G数据显示了超薄原位芯片显著提高了电子能量损失谱分析的灵敏度。图3. 基于超薄原位芯片电子显微学在储氢材料中应用图3A、3B为在不同支撑载体下纳米Pd颗粒的电子衍射对比图，可以看出超薄芯片显著压制了膜材料本身的有害电子散射，提高的电子衍射的信噪比。而这也允许研究人员在原位气相实验中进行定量衍射分析。图3C-D的原位电子衍射，显示出Pd纳米颗粒在原位充氢、放氢过程中的相变行为。图3E的电子能量损失谱分析确认了相变产物PdHx的产生。基于气相超薄原位芯片的设计与探索实验，作者提出这种超薄芯片的设计策略可大规模推广到液相原位及其它基于SiNx的原位芯片上，大大提高原位电子显微学实验的品质因子，从而允许研究人员在原位实验过程中不单单观察形貌变化，可将其它先进电子显微学方法应用到原位实验上来。更进一步，这种超薄芯片也可拓展到原位X射线领域。可以说，超薄芯片的概念提出，将大大的影响整个原位实验领域。这一成果近期发表在Science Advances上，美国西北大学胡肖兵研究副教授，Vinayak Dravid讲席教授为文章的通讯作者，Kunmo Koo博士为文章的第一作者。

来自中科大、合肥工业大学和日本RIKEN高级光子学中心的研究人员制造了一种磁驱动旋转微过滤器，可用于过滤微流体设备内的颗粒。他们通过创造一种磁性材料制成了微小的转动过滤器，这种材料可以与一种称为双光子聚合的非常精确的3D打印技术一起使用。作为利用便携性、安全性和效率优势的微型实验室平台，片上实验室系统已广泛应用于各个领域。近年来，得益于飞秒激光微纳制造技术的不断进步，用于三维（3D）高精度加工、微光学、微流体等多种功能微元件和微机械可以通过简单的程序集成到微芯片中，实现分子检测、细胞操作、催化反应等应用。常见的功能性微芯片之一是微分选装置，对分离颗粒和富集特殊细胞具有重要意义，并已成功应用于单细胞分析、药物筛选、血细胞分离等。目前的微流控分选方法可分为主动分选和被动分选。前者需要使用外部设备或外力，操作复杂，需要昂贵的设备。同时，后者在集成无源微器件的微流控芯片中实现了无外力的细胞或颗粒分选。微米级微孔过滤器是一种传统的被动分选装置，可以根据孔径大小对颗粒或细胞进行分选。由于过滤器中的孔的数量和形状不能在分选过程中动态改变，因此无法灵活地按需分选不同的颗粒或细胞，从而限制了微芯片的使用。因此，开发一种可以自由切换过滤、通过、选择性过滤等过滤模式的多功能过滤器，可以使应用多样化。在该研究中，来自中科大、合肥工业大学和日本RIKEN高级光子学中心的研究人员使用飞秒激光双光子聚合在微流控芯片中制造了磁性旋转微过滤器。研究人员首先合成了磁性纳米颗粒，将其混合在光刻胶中以制备磁性光刻胶。为了聚合制备的磁性光刻胶，优化了激光功率密度、脉冲数和扫描间隔等不同工艺参数。然后在载玻片上制作旋转微过滤器，并测试其磁驱动性能。最后，将旋转微过滤器集成到微流控芯片中。在恒定磁场下证明了微流控芯片内部过滤器对“过滤”和“通过”模式的磁响应。过滤性能是用在酒精溶液中含有直径为 2.5 和 8.0 µm 的聚苯乙烯 (PS) 球体的悬浮液来测试的，显示完全过滤了 8.0 µm 的颗粒。设想这种磁驱动旋转微过滤器可以在血细胞分选、微粒纯化和循环肿瘤细胞分离方面提供广泛的应用。▲图1. 磁驱动旋转微过滤器的制造过程和磁性颗粒的表征。(a) 具有可切换模式功能的磁驱动旋转微过滤器的制造过程示意图。(b) [Math Processing Error] 纳米粒子的 XRD 图。(c) 小熊猫的 SEM 图像。EDX 映射图像说明来自印刷的小熊猫的 (d) 覆盖层、(e) 碳和 (f) 铁。比例尺：5 µm。他们使用双光子聚合创建了新的过滤器，它使用聚焦的飞秒激光束来固化或聚合一种称为光刻胶的液体光敏材料。由于双光子吸收，聚合可以以非常精确的方式完成，从而能够制造微米级的复杂结构。图2. 双光子示意图为了制造微过滤器，研究人员合成了磁性纳米粒子并将它们与光刻胶混合。制造旋转式微过滤器要求它们优化用于聚合的激光功率密度、脉冲数和扫描间隔。在载玻片上测试其磁驱动特性后，他们将微过滤器集成到微流体装置中。多种过滤模式为了过滤较大的颗粒，应用垂直于微通道的磁场。过滤过程完成后，可以通过施加平行于微通道的磁场释放大颗粒，这将使微过滤器旋转 90°。然后可以根据需要重复过滤过程。研究人员使用混合在酒精溶液中的直径为 8.0 和 2.5 微米的聚苯乙烯颗粒验证了过滤器的过滤性能。“很明显，小于孔径的颗粒很容易通过微过滤器，而较大的颗粒则被过滤掉，”中国科学技术大学的张晨初说。“在通过模式下，过滤器捕获的任何较大颗粒都会被流体冲走，从而防止过滤器堵塞并允许重复使用微过滤器。”▲图3. 磁力旋转微滤器的参数优化与设计。(a) 不同激光功率密度下最小脉冲数的聚合窗口。(b) 磁旋转微过滤器的示意图。【数学加工误差】为外径，【数学加工误差】为轴套内径。盖玻片上的磁性旋转微过滤器 (c) 和通道中的 (d) 的 SEM 图像。所有比例尺：10 µm。▲图4. 制造的微过滤器的磁驱动旋转。(a) 在平面上操纵磁旋转微过滤器的示意图。(b) 通过施加不同方向的均匀磁场，在平坦表面上的液体环境中操作磁旋转微过滤器的演示。(c) 磁性操纵通道中旋转微过滤器的示意图。(d) 和 (e) 在充满乙醇的微通道中展示磁性旋转微过滤器的旋转以切换模式。该研究得到了中国国家自然科学基金、中国国家重点研发项目、中国博士后科学基金和中央大学基础研究基金的支持，相关成果发表在光学学会杂志Optics Letters上。

2023年12月12日，应用材料公司（Applied Materials， Inc.）和牛尾公司（Ushio， Inc.）宣布建立战略合作伙伴关系，以加速将小芯片异构集成到3D封装中的行业路线图。两家公司正在联合向市场推出首款数字光刻系统，该系统专为人工智能（AI）计算时代所需的先进基板图案化而设计。快速增长的 AI 工作负载推动了对具有更强大功能的更大芯片的需求。随着 AI 的性能要求超过了传统的摩尔定律扩展，芯片制造商越来越多地采用异构集成（HI）技术，将多个小芯片组合在一个先进的封装中，以提供与单片芯片相似或更高的性能和带宽。该行业需要基于玻璃等新材料的更大封装基板，以实现极细间距的互连和卓越的电气和机械性能。应用材料公司和 Ushio 之间的战略合作伙伴关系将两家行业领导者聚集在一起，以加速这一转变。应用材料集团副总裁兼半导体产品事业部HI、ICAPS和外延总经理Sundar Ramamurthy博士表示：“应用材料公司的新型数字光刻技术（DLT）是首款直接满足客户先进基板线路图需求的图形化系统。“我们正在利用我们在大型基板加工方面无与伦比的专业知识、业界最广泛的HI技术组合以及深厚的研发资源，在高性能计算领域实现新一代创新。Ushio集团执行官兼光子学解决方案全球业务部总经理William F. Mackenzie表示：“Ushio在为封装应用构建光刻系统方面拥有20多年的经验，在全球交付了4000多种工具。通过这种新的合作伙伴关系，我们可以通过可扩展的制造生态系统和强大的现场服务基础设施加速DLT的采用，并扩大我们的产品组合，为包装技术快速发展的挑战提供更多解决方案。新的DLT系统是唯一能够实现先进基板应用所需分辨率的光刻技术，同时提供大批量生产所需的吞吐量水平。该系统能够形成小于 2 微米的线宽，可在任何基板上实现最高的小芯片架构面积密度，包括由玻璃或有机材料制成的晶圆或大型面板。DLT系统经过独特设计，可解决不可预测的基板翘曲问题并实现覆盖精度。生产系统已经交付给多个客户，并且已经在玻璃和其他先进的封装基板上展示了 2 微米图案化。应用材料公司开创了DLT系统背后的技术，并将与Ushio一起负责研发和定义可扩展的路线图，以实现1微米线宽及以上先进封装的持续创新。Ushio将利用其成熟的制造和面向客户的基础设施来加速DLT的采用。此次合作将共同为客户提供最广泛的光刻解决方案组合，用于先进封装应用。

近日，清华大学电子工程系黄翊东教授团队崔开宇副教授带领学生在超光谱成像芯片的研究中取得重要进展，研制出国际首款实时超光谱成像芯片，相比已有光谱检测技术实现了从单点光谱仪到超光谱成像芯片的跨越，期刊《科学》（Science）综述论文“光谱仪的小型化”（“Miniaturization of Optical Spectrometers”）将这一超光谱成像芯片技术列为该领域最新的研究成果。光谱作为物质的指纹，光谱成像可以获取成像视场内各像素点物质的组分和含量，为智能感知技术开拓了一个新的信息维度，在工业自动化、智慧医疗、机器视觉、消费电子等诸多领域有着巨大的应用需求。然而传统基于分光原理的单点光谱仪体积庞大，已有的光谱成像技术一般只能采用逐点逐行扫描或波长扫描的模式，无法获取视野场景中各像素点高精度的实时光谱信息。该成果研制的国际首款实时超光谱成像芯片如图1所示。通过硅基超表面实现对入射光的频谱域调制，利用CMOS图像传感器完成频谱域到电域的投影测量，再采用压缩感知算法进行光谱重建，并进一步通过超表面的大规模阵列集成实现实时光谱成像。该款实时超光谱成像芯片将单点光谱仪的尺寸缩小到百微米以下，空间分辨率超过15万光谱像素，即在0.5 cm2芯片上集成了15万个微型光谱仪，可快速获得每个像素点的光谱，工作谱宽450~750 nm，分辨率高达0.8nm。研究团队与清华大学生物医学工程系洪波教授团队合作，基于该实时超光谱成像芯片首次测量了活体大鼠脑部血红蛋白及其衍生物的特征光谱的动态变化，时间分辨率高达30Hz。通过实时光谱成像，可获取大鼠脑部不同位置的动态光谱变化情况，结合血红蛋白的特征吸收峰，分析获取对应血管区和非血管区血红蛋白含量的变化情况，并可利用神经血氧耦合的机制得出脑部神经元的活跃状态。图1. 国际首款实时超光谱成像芯片及其性能指标团队进一步提出了一种自由形状超原子（Freeform shaped meta-atoms）的超表面设计方法，突破了规则形状的超表面设计限制，研制出基于自由形状超原子的超表面光谱成像芯片，取得了更优异的光谱成像性能（图2）。对宽谱光和窄谱光进行测量重建的结果表明，窄谱光重建的中心波长偏差标准差仅为0.024 nm。24色标准色卡的平均光谱重建保真度达到了98.78%。该研究工作进一步提升了超表面光谱成像芯片的性能，推动了未来光谱成像芯片的发展及其在实时传感领域的应用。图2. 基于自由形状超原子的超表面光谱成像芯片及其性能指标该项成果的实时超光谱成像芯片是微纳光电子与光谱技术的深度交叉融合，作为光谱技术的颠覆性进展，展示出在实时传感领域的巨大应用潜力，相关成果已进行产业化。上述研究成果以“基于可重构超表面的实时超光谱成像芯片及动态脑光谱获取”（Dynamic brain spectrum acquired by a real-time ultraspectral imaging chip with reconfigurable metasurfaces）为题在《光学设计》（Optica）发表。电子系2017级博士生熊健、博士后蔡旭升、副教授崔开宇为该论文的共同第一作者。崔开宇为论文的通讯作者。该工作得到了包括科技部重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划、北京市自然科学基金、北京量子信息前沿科学中心、北京量子信息科学研究院的支持。同时，研究成果还以“基于自由形状超原子超表面的超光谱成像”（Ultraspectral Imaging Based on Metasurfaces with Freeform Shaped Meta-Atoms）为题于期刊《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）发文。电子系2018级博士生杨家伟为该工作的第一作者。崔开宇副教授、黄翊东教授为论文的通讯作者。该工作得到了包括科技部重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划、北京市自然科学基金、北京量子信息前沿科学中心、北京量子信息科学研究院的支持。

细菌、病毒、真菌等与生命健康相关。临床常用的细菌检测方法是平板计数法，需要将菌液培养1-2天，操作繁琐，费时费力，亟待发展快速灵敏的细菌检测新方法，这是纳米生物检测领域的重要目标之一。中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室宋延林课题组在纳米光子结构的印刷制备、光学性质调控、机理研究和生物检测应用等方面取得了系列进展(Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 24234；Chem. Rev., 2022, 122, 5, 5144–5164；Matter, 2022, 5, 1865-1876；Adv. Mater. Interfaces, 2022, 9, 2102164；Sci. Bull., 2022, 67 , 1191–1193；ACS Nano, 2022, 16, 10, 16563–16573)。科研人员利用绿色印刷技术精确地控制纳米光子结构的组装过程，通过周期性地排列结构单元实现了显著的光子共振增强效应，为超灵敏可视化检测生物标志物提供了新途径。近日，该课题组将一维纳米结构的光学信号放大作用与蒸发过程中毛细力驱动的颗粒预富集相结合，设计出快速超灵敏的微生物检测芯片。研究以聚苯乙烯微球悬浮液为墨水，在基底上印刷制备了大面积的一维纳米光子结构，并利用聚苯乙烯微球表面大量的羧基高效偶联抗体，特异性地识别待检测样本中的致病菌。研究发现，将毛细力诱导的咖啡环效应引入微生物检测，可在基底上对目标病原体进行预富集，提高检测效率。除了捕获细菌，纳米光子结构还具有强的光场局域能力，可显著增强细菌的散射光信号，提高检测灵敏度，能够在单细胞水平上对其物理特征如生理环境、活性、繁殖状态进行可视化分析。进一步，研究实现了连续监测水、血清、尿液以及蔬菜等样本中的细菌情况。这种生物检测芯片制备简单、成本低，能够结合普通的商业显微镜或者手机直接获取检测结果，在医疗诊断、食品安全、环境监测和农业等领域具有广阔的应用前景。相关研究成果发表在Advanced Materials上。研究工作得到国家自然科学基金、科技部、中科院和北京市的支持。基于一维纳米光子结构生物芯片快速、超灵敏检测细菌感染

随着科技进步，智能化产品与日俱增。从电脑、智能手机，再到汽车电子、人工智能，如今在我们的生产生活中已随处可见。它们之所以能够得以发展，驱动内部收发信号的半导体芯片是关键。 我们这里讲的半导体为IC（集成电路）或者LSI（大规模集成电路）。制造的芯片可以分为逻辑芯片、存储芯片、模拟芯片、功率器件。根据摩尔定律，每18-24个月，集成电路上可以容纳的器件数目就会增加一倍，这将让更多的科技应用逐步实现，并得以优化。应用场景和市场的扩大，半导体芯片的需求无疑也会随之增长，对其质量则有了更高的要求。 比如汽车行业，除了传统的汽车电子，目前也有许多目光投向了自动驾驶。像这样高度涉及人身安全的车用芯片，在高温、低温、受潮、老化、长期工作等因素下，性能都必须保持稳定。所以，无论从半导体芯片的研发设计，再到前道工序，后道工序，甚至最终投入使用，每一个流程都需要有必要的检测来护航。 芯片制作流程概括性示意 对于芯片制造商来说，单纯知道芯片是否达标，以此来淘汰坏品保证输出产品质量，是远不够的。还需要“知其所以然”，保证良率，追根溯源，节约成本的同时给企业创造更高的效益。所以围绕着这个主题，将进行一系列的检测，我们将此称为半导体失效分析。它的意义在于确定半导体芯片的失效模式和失效机理，以此进行追责，提出纠正措施，防止问题重复出现。失效分析检测简直就像一场“追凶”之旅。通过初步证据锁定嫌疑范围，再通过各种方法获得更多证据，步步锁定，拨开层层“疑云”去获得最终的真相。检测流程上，一般来说，制造商会首先对待测半导体晶圆（wafer）或裸片（die）实施传统的电性测量。一方面来确定芯片是否有故障的情况存在；一方面，若故障确切存在，也可以为后续失效分析提供必要的信息。 已经过诸多工艺处理后的晶圆（wafer），裸片（die）即从其切割而来 但想达到溯源的目的，仅凭传统的电性测试是远不够的。还需要进一步了解缺陷具体存在的位置，甚至还原出失效的场景、模式，用以了解失效机理。这也就是在半导体失效分析中重要而困难的一项，缺陷定位。失效分析工程师结合测试机测得的失效模式以及其他故障信息，可以初步判断需要采取的定位方法，然后不断结合获得的新数据，逐步推测出失效发生在芯片的哪层结构中，及其根本缘由。缺陷定位 而半导体工艺日新月异发展飞速，制程上，从70年代的微米级芯片早已经提升至纳米级芯片。芯片层数增加和晶体管数量的急剧增加，让失效点越来越难以发现。不断提升的集成度，对检测设备的性能提出了更多的挑战。1971年到2000年，英特尔芯片的发展 挑战 1：更高的弱光探测能力 首先，芯片集成化程度越来越高，芯片的层数也将逐渐增多，电路会变得越来越细，电压要求也随之降低。因此，在检测过程中，故障处可能发出的光信号就变得微弱，再加上层数的叠加，光信号将再次被削弱，这要求检测仪拥有更高的弱光探测能力。挑战 2：更多检测功能 不断提高的集成度在带来了日趋强大的芯片功能外，也让可能出现的故障风险变得更多。一旦出现失效，其故障原因亦可能更加复杂。因此，在失效定位时，需要发展出更多、更细化的测试方法和功能模块，去对应这样的变化。 挑战 3：无损检测技术的推进 对于出现问题返厂的成品芯片，一般会在完成一系列无损检测（如X射线检测），以及打开封装后的显微镜检查后，再进入到传统电性测试这一步。对于愈加高集成化、紧凑的芯片来说，打开封装时内部裸片受损的可能性会增大，而这一步亦是不可逆的。受损后，失效模式将难以还原，继而无法得出失效的真正原因。因此，需要时，可以尽量达到无损检测，也是给失效定位提出的又一挑战。 早在30余年前，滨松就开始了在半导体失效分析应用中的研究。1987年，推出了第一代微光显微镜，并在此后逐渐组建起了专门针对半导体缺陷位置定位的PHEMOS系列产品。针对应用中呈现出的诸多要求，滨松亦在技术上做出了进一步的开发。 滨松半导体失效分析系统PHEMOS系列 为了增强微光探测能力，滨松开发了C-CCD、Si-CCD、InGaAs等多类高端相机。用户可根据样品制程和结构，选择不同的相机加装在设备中。 IPHEMOS-MP的信号侦测示意 除了相机以外，滨松还不断为PHEMOS系列开发出了新的功能模块，实现更多元、更深入的检测，以应对越来越复杂的故障原因： 可通过Probing的方式给样品加电，广泛适用于从prober card到12英寸wafer的测试； 可搭载波长为1.3 μm的激光，实现OBIRCH（Optical beam induced resistance change 激光诱导电阻改变测试）。也可选配其他光源，将样品连接测试机进行DALS, EOP/EOFM测量，实现样品的动态缺陷检测分析。通过这些诱导侦测方法，能有效的截获因温度、频率、电压的改变而导致sample时好时坏的困扰； 可选配Laser marker功能，方便后续分析。Laser marker为脉冲激光，可自定义设置打点位置、次数、能量强度、打点形状等； 可选配Nano lens & Sil cap，从样品背面观察内部结构。Nano lens & Sil cap在工作时会与样品表面完全接触，增加了图像的清晰度，提升了分辨率便于观察更细的线路。搭配Nano lens的使用，用户还可以选配tilt stage，将样品调平，增强信号侦测强度 除了Emission功能外，PHEMOS系列还具备Thermal的功能模块。通过配备InSb材料的高灵敏度热成像相机，可探测发射热点源，方便用于package样品侦测，不需要给待测品去除封装，实现无损检测。设备可以同时满足给样品加多路电，有效降低噪声提升信号敏感度。（可提供单独拥有此功能的Thermal-F1）高灵敏度热成像相机 C9985-06 半导体制造涉及众多工序，过程复杂。除了失效分析以外，滨松还有众多产品都被应用在了其中，以保证生产制造的顺利进行以及产品的质量。以沉淀了60余年的光子技术，为半导体制造提供支持。