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全新光芯片，实时调控光速_我的网站

A |     　　当地时间8月23日，半导体行业研究机构SemiAnalysis发文称，NAND闪存制造正从钨转向钼，因为当NAND来到300层以上，钼是必选项。　　SemiAnalysis分析，3D NAND闪存堆叠层数突破300层后，钨字线在电阻、化学兼容性和深孔填充三方面均触及物理极限，钼成为强制替代材料。    团队后续将基于硅光子、光子AI技术，把这套方案拓展至大规模可编程光子集成芯片。         首尔国立大学工学院发布消息：由首尔国立大学电气与计算机工程系Namkyoo Park教授、Sunkyu Yu教授牵头的联合研究团队，联合首尔大学电气与计算机工程系Xianji Piao教授，研发出一款可按需慢光的光子集成芯片。         生成式人工智能与大尺度AI模型飞速发展，算力需求暴涨，传统电子半导体的短板随之凸显，包括功耗高、数据传输速率受限等问题。市场对具备低功耗、超高速处理能力的光计算技术需求持续攀升。三星已于2024年量产，美光2025年跟进，SK海力士计划2026年底推出375层钼工艺产品。其估计，钼在NAND总产能中的占比将从2025年的中个位数百分比，增长至2027年的约30%。但由于光的传播速度固定，实现光计算不可或缺的光缓存与存储功能，长期存在根本性技术难题。　　更进一步的，该机构提出，钼沉积设备将在明年迎来超10亿美元的新增市场。

B | 　　该机构称，每一次从钨到钼的转换，都意味着需要新的沉积设备。SemiAnalysis估计，仅2027年一年，NAND钼沉积设备的销售额就将超过10亿美元，并随着DRAM和逻辑芯片的跟进，到2030年增长至约20亿美元/年。　　受益格局方面，Lam Research（泛林集团）最先获益，TEL（东京电子）紧随其后；AMAT（应用材料）、ASMI（ASM国际）及Naura（北方华创）则更多受益于后续DRAM和逻辑芯片的转型浪潮。         为解决该难题，这支联合研究团队设计出一种可编程光子集成芯片方案，能够自由调控光信号的传播速度与波形。SemiAnalysis表示，完整的细分市场层面测算已纳入其前道设备（WFE）模型。依托该方案，团队实现了比现有所有方案自由度更高的“慢光”调控。相关研究成果刊发在《Advanced Science》期刊。

C | 　　钼渗透率在高层数NAND中提升，本质是为延续NAND单位Bit成本下降曲线。         可编程耦合谐振腔诱导透明（CRIT）光子集成电路结构示意图：图中展示通过调节光学谐振腔之间的耦合强度，即可灵活调控光路传输路径。

D | 　　300层NAND主要在结构上升级，聚焦超高深宽比通道孔刻蚀、多次Stack堆叠、晶圆翘曲控制以及Overlay精度控制。　　375层乃至400层以后，材料亟需升级，因钨字线会因为字线间距通道孔缩小面临RC延迟快速恶化、WF残氟导致介质损伤、漏电失效率提升以及填充缺陷放大的问题。

E |          光速固定为何会成为技术瓶颈          光子集成芯片作为新一代技术，依托光信号实现高速、高效信息处理。

F | 而钼凭借更低电阻率、无氟前驱体及无需阻隔层等优势，有望改善RC性能与器件可靠性，为字线和存储孔缩放提供工艺余量，从而延续高层数NAND的成本下降曲线。　　中银证券表示，SK海力士已完成375层3D NAND生产验证并计划2026年底量产，拟采用钼材料替代钨制作字线，继三星在286层第九代3D NAND中率先导入钼工艺后，两大存储龙头相继切换，钼替代钨趋势确立。　　然而，钼的材料加工更为复杂，因为必须以气体形式输送，且前驱物在室温下为固体，需要加热器以确保流动稳定性。尤其在数据中心、光通信与光计算系统中，行业不仅需要快速传输光信号，还要求能够同步信号到达时序、按需对光信号做延时处理。　　基于此，300层以上3D NAND字线由钨切换为钼，并不是简单更换靶材或者更换气体材料，而是前驱体供给、ALD沉积腔体、刻蚀、清洗、尾气处理整套工艺链条的重构，原有钨CVD产线硬件无法直接复用，将直接推动晶圆厂资本开支上行，同时设备、特种材料、零部件均迎来变化。　　爱建证券表示，钼导入本质是一次全流程工艺重构，设备链受益有望沿“沉积及前驱体输送→CMP及清洗→刻蚀→量检测”路径传导，工艺难点由沉积向后处理环节延伸。其中——　　沉积：成熟的WF钨工艺，Mo沉积需重新建立高深宽比结构下的填充与缺陷控制工艺窗口，同时有望减少阻隔层使用，带动沉积设备及配套工艺升级；　　输送：Mo前驱体通常采用低挥发性固态源，与传统WF气态前驱体体系差异较大，需要新增气化装置、温控管路及精密供气系统，以保障前驱体稳定输送；　　CMP：Mo材料的氧化及表面化学特性不同于传统金属体系，需重新开发CMP研磨液和研磨垫，以满足平坦化、去除速率及缺陷控制要求；　　清洗：Mo导入后残留物及氧化物体系发生变化，高深宽比结构下金属残留和污染控制难度提升，有望推动相关湿法清洗设备及配套化学品验证导入；　　刻蚀环节则需重新建立适配钼材料的工艺窗口，且3DNAND层数持续提升下，刻蚀选择性、侧壁形貌控制及层间均匀性要求进一步提高，有望带动相关刻蚀设备升级需求；　　量检测：Mo量产还需新增膜厚均匀性、填充缺陷、金属残留及电学可靠性等监控项目，有望带动薄膜量测、缺陷检测及电性测试等设备需求增长。业内针对耦合谐振腔诱导透明（CRIT）结构开展大量研究：该结构利用多组光学谐振腔之间的干涉效应，仅让特定频段的光透过，同时降低光信号传播速度。         耦合谐振腔诱导透明（CRIT）是一种光学现象，通过多谐振腔干涉，选择性透过特定频段光并实现光延时。光学谐振腔是一类光子器件，可将特定频率的光束缚、循环传输一段时间，多用于信号延时、滤波与调制。         但传统耦合谐振腔诱导透明（CRIT）器件加工完成后工作特性固定，难以重新配置以适配不同功能。

G | 例如，若需要更长延时或切换工作频段，必须重新设计整套光子器件。　　该机构称，NAND工艺迭代核心从单纯堆叠层数转向材料—设备—工艺协同创新，新材料导入将持续催生沉积、刻蚀、清洗等关键设备迭代升级，Mo字线导入将推动沉积、刻蚀、清洗等关键环节工艺升级，相关设备及零部件厂商有望受益。（文章来源：科创板日报）。         光信号延时与频谱转换示意图，图示电路可根据控制条件，对光脉冲实现延时、修改频谱组分。         重构CRIT结构，提升可重构灵活性          传统器件灵活性不足，大幅提升光通信设备、数据中心系统的设计复杂度；新增功能时，设备成本上升、研发周期拉长。在AI服务器、下一代数据中心这类需要实时处理海量数据的场景下，该短板已成为光计算技术落地的核心阻碍。         为突破上述局限，研究团队提出全新设计思路：将耦合谐振腔诱导透明系统内的两种光学状态——亮模（bright mode）与暗模（dark mode）统一为单一可控自由度，并引入两组可控环形耦合器。基于该思路，团队建立可编程光子集成芯片全新设计准则，以往加工后参数固化的谐振腔结构，如今可按需重新配置。         团队依托全新CRIT结构实现光路按需延时调控，并证明亮模、暗模之间的干涉效应可作为统一集成设计参数。这大幅提升了光子谐振电路的设计自由度，打破传统器件参数固定的约束。         研究团队特别证实：借助双环形耦合器，可从理论层面独立调控通带带宽、波形，以及电路中传输信号的延时、透射特性。这意味着，无论单个谐振腔，还是整套多谐振腔系统，光信号的传播速率与传输特性均可自由重构。

H |          除此之外，团队通过数值仿真验证：芯片运行过程中，可实时动态调整光脉冲传播速度。

I | 实验证实，该结构能在不损失信号处理性能的前提下自由控制光信号延时，无需额外专用器件即可完成光频谱转换。         光脉冲是一段短促光信号，是光通信、光计算系统中承载信息的基础单元。         团队还通过三维电磁仿真验证：该CRIT器件可在氮化硅（Si₃N₄）光子集成芯片平台上实现制备。同时团队分析了制造、运行阶段各类实际干扰因素，包括材料损耗、谐振腔品质因子偏差、背向散射、耦合系数波动、环形耦合器相位误差、热串扰等，证实该结构可在真实光子电路环境下稳定工作。

J |          氮化硅（Si₃N₄）光子集成芯片是低损耗、高稳定性波导平台，广泛用于光信号处理与集成光子器件。热串扰是电路局部工作产生的热量干扰周边元器件，造成器件性能偏移的现象。         单芯片集成多项光学功能          本研究推出一款全新可编程光子集成芯片平台，可实时调控光信号的时域、频域特性，克服传统固定延时光路的局限。该方案可将下一代光互连所需核心功能——信号时序同步、可变延时线、光缓存、频谱转换等，全部集成在单套光子芯片架构内。         同时，这套设计思路不局限于CRIT体系，可拓展至全部基于谐振腔的光子电路，有望成为下一代灵活调控光传输的光信号处理底层核心技术。

K |          若实现商业化落地，本研究开发的可编程光子集成芯片可像软件定义系统一样，单颗光芯片完成信号速率调控、功能切换等多项任务。既能大幅降低数据中心、AI服务器的功耗，也能提升数据处理效率。         此外，多类信号处理功能单片集成，可推动光通信设备、传感系统小型化，降低硬件成本。长期来看，该技术将成为自动驾驶、新一代通信、量子技术等超高速信息处理产业的核心支撑平台。

L |          从理论走向工程落地          论文共同通讯作者、首尔国立大学Namkyoo Park教授表示：“本次研究提出一套全新设计准则，让光子集成芯片内部光路能够按需重构，极大拓宽设计灵活度。团队后续将基于硅光子、光子AI技术，把这套方案拓展至大规模可编程光子集成芯片。”          负责理论框架搭建与数值仿真的共同一作Seungkyun Park博士、博士生Beomjoon Chae补充道：“本次研究让我们意识到，换一种视角解读传统光子谐振物理机制，可为光子集成芯片挖掘全新功能。后续我们将持续推进研究，完成实物器件制备与实验验证。

M | ”          *声明：本文系原作者创作。文章内容系其个人观点，我方转载仅为分享与讨论，不代表我方赞成或认同，如有异议，请联系后台。

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Published on:14:59:02