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中国博士带“芯”回国成本低正常芯片100倍美国不愿意放人走
来源:欧宝体育在线登录入口官网   上传时间:2023-12-15 20:12:28

  近日还传出美国公然拒签我国500名留学生的消息,不过从另一角度来看。美国越是大力制裁,越是说明它越发地惧怕中国了,如今国内半导体产业的形势日益严峻,但不时也有好消息传出。例如近日就有一位,发表过《基于CMOS工艺的超高Q微腔的赫兹线宽半导体激光器》论文的常林,就携带可实现200毫米晶圆微腔光频束大规模量产技术返回国内,可谓是载“芯”回国,究竟该项技术,会对国内的芯片制造与产生,造成怎样的影响呢。本期视频超哥就跟大家,聊一聊这项有望让国内半导体崛起的技术,这里是超哥的科普频道,新来的观众朋友,可以点点关注,你们的支持就是超哥创作最大的动力。青岛烟台是常林的老家,在山东大学电子科学与技术专业读完后,常林就申请留学,那时的他,已经收到了许多常青藤名校的offer,不过他并不看重学校排名是否靠前,而是挑选拥有厉害的半导体专业的学校。

  最终他选择了加州大学圣巴巴拉分校的半导体专业,因为这里曾诞生过诸多“芯片领域”诺贝尔奖级别的厉害人物,例如获得诺贝尔物理奖的哈勃特·克雷默,诺贝尔化学奖的沃尔特·科恩,都是出自这所学校,常林在加州大学的光子芯片实验室内,完成了博士和博士后的全过程。同时八年的钻研,让他在光子芯片领域有了大量的知识储备,并研发出基于 CMOS 工艺的 超高Q微腔的 赫兹线宽半导体激光器,该技术也被记录成论文发表在光学领域最顶尖的期刊《Nature Photonics》上,常林在论文中提到,他们实现了全球耗损最低的光子芯片波导,成功将此前记录,降低了一个量级以上,并且基于该平台的超高品质因子微腔,研发出全球首个完全基于CMOS产线的大规模生产光频梳。他在论文中提到的光子芯片技术,其实是一种,通过微纳尺度对光进行操控,进而实行信息处理的,新一代芯片技术。

  由于引入了光,信息传输的带宽、速度和抗干扰能力,均得到大幅度的提升。不过这些年里波导传输损耗,一直是光子芯片领域难以攻克的难题,也是光子芯片最重要的指标,而常林的技术,是直接将这一难题给攻克了。首先我们要知道在光子芯片中,限制器件数量的不是几纳米的制程而是损耗,光子芯片尺寸越大,损耗补偿机制也越困难,早期的芯片损耗完全限制着单一芯片所承载的器件数目,当下所使用的基于硅的波导,损耗是每厘米1分贝的量级,撑死了能添加几百个器件。如果添加更多器件,光子芯片的信号就会微弱到不可探测,而常林的技术。经过试验后,成功将波导损耗降低到0.1分贝每米以下,单一芯片上可容纳的器件数量直接上涨到了成千上万个,这个提升乍一看或许没什么感觉,但实际上就像是CPU的制程从晶体管直接跳到5纳米工艺那般,光子芯片集成度的提升也就从另一方面代表着性能上的大跨越。

  此外光子芯片还有一个重要的结构就是微腔,通常情况下呈闭环结构,才能让光子在芯片中震荡。这场景就像是敲打一面锣,一般锣会震荡很久,但假如在震荡过程里,手放到了锣上,就会让锣停止震荡,对光子芯片而言,损耗决定着它的震荡时长。如果能在微腔中,把损耗做到最小,就能极大的延长光子的寿命,提高非线性效率,正是这两项突破,让常林制造的光子芯片的损耗,比前世界纪录低了一个量级还要多,甩开了与其他光子芯片之间的差距。降低的损耗带来的直接好处就是光子芯片性能的大幅度的提高,而常林更绝,提高性能的同时,还将成本做到了远低于正常硅光芯片的100倍。那么他是怎么样才能做到这一点的呢,光子芯片自打诞生之日起,降低损耗就一直是它发展过程中的首要目标,传统光学的突破主要是诞生了光纤,并且光纤也是目前地球上,损耗最低的光传输介质。

  它使用的最主要的介质就是石英,也就是二氧化硅,那如果把石英放在光子芯片上,会不会降低损耗呢,的确有科学家诞生了这种想法。不过石英是有一定的问题的,那就是它的折射率极低,受限于光子芯片极小的体积,要将光牢牢地限制在极小的区域里,单靠石英做波导是行不通的。对此常林就在实验室里经常思考,有没什么材料,既可以让光分布在二氧化硅之中,同时还能兼顾高折射率呢。经过不间断的试验,他们发现了超薄的氮化硅核心与二氧化硅包层相结合的方式形成的波导结构,完美地解决了这个难题。该结构可让光充斥90%以上的二氧化硅,能极大地降低光子芯片的损耗,该发现也让常林制造出全球首款噪音小损耗低的超窄线宽激光器,常林用低损耗的谐振腔和商用芯片激光器进行集成,改用 自注入锁定 的形式,以此实现线宽为一赫兹的激光器。

  目前常林已经实现了200mm晶圆的微腔光频梳的大规模量产,在成本上比目前的硅光芯片低100倍左右,目前该项技术已获得美国的一家知名光子芯片公司的青睐,慢慢的开始研究量产的问题,不出意外的话两年左右就能见到相关这类的产品的面试。除此外常林的技术也引起了美国方面的重视,这么有前途的国宝级科学家,美国相当看重,不过在常林提出回国的想法后,令所有美国人都大吃一惊,加州大学极力地挽留他,甚至许诺出 诸多让人难以拒绝的诱惑。超出所有人意料的是,常林的归国想法异常坚决,他表示国内芯片领域发展得十分迅猛,但同时也到了急需人才支撑的时候。其实常林的话也让超哥想起,当下的中国,在某些方面做的,的确还不是非常优秀,很多国外留学生学成之后,并不是立刻选择回国,而是继续呆在国外,要知道前100名世界级材料专家中,前6名都是中国人。

  由此可见,不是中国的优秀人才从来都不缺,缺的是能留住这些人才的地方或实验室,比起动不动就上千万 上亿片酬的小鲜肉,很明显一年只能拿到几十万甚至几万元科研补助的科学家们,只能在国外寻求生存的环境,这对我们的半导体领域来说,绝对是一个巨大的损失好在国家危难面前,在外科研家们的心还是向着国内的。常林绝不是第一个带着高科技技术回国的科研人才,也绝不会是最后一位,未来还会有更多的科研人才回归国家的怀抱,为中国的科技发展带来新的力量,但同时也希望国家能擦亮眼睛,避免一些像陈进那般骗取科研经费的骗子混进队伍当中,那样的人绝对是科研人员中的害群之马,会对我国半导体领域造成不小的创伤,超哥大胆猜测陈进事件肯定和美国的指使脱不了干系。我国在那件事后发展了十多年才逐渐消弭掉陈进带来的创伤,恢复因这件事而倍感失落的科研家们的信心。

  超哥也希望国外的中国科研家们能保护好自己,钱老、任伟这些国家栋梁所经历的遭遇,能够准确的看出美国一定会加大力度,阻挠海外科研家回归国内。但是细细想来,我们也不用太过于担心,国家一定也注意到了这一点,中国在撤侨方面所展示出的强大实力,肯定能安全接回我国在外开枝散叶的国家栋梁。无论是载芯回国还是载人回国,中国有了这些科研人员后,国内的半导体产业,势必会再次迎来一段大跨越式的进步,中国也将再一次的腾飞,让外国人见识到什么叫真正的超级大国。

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