将SiN应用于玻璃基板上的新型CPO平台

汉阳大学ERICA下一代半导体融合工程系金永铉教授的研究团队于11月27日宣布，他们开发出一种“基于玻璃基板的氮化硅（SiN）光集成平台”，可以解决先进人工智能半导体中存在的“通信瓶颈”问题。

近年来，大规模人工智能模型的激增催生了“人工智能工厂”的出现，数千个人工智能半导体芯片在其中同时运行。然而，现有的基于铜的数据传输结构因其“通信瓶颈”特性而备受诟病，难以应对爆炸式增长的数据流量。共封装光器件（CPO）作为一种将半导体芯片和光模块直接集成到封装基板上的下一代技术，正因其有望解决这一问题而备受关注。然而，该技术的实施仍然面临诸多挑战。

在此过程中，具有优异的物理和光学性能以及与面板级工艺兼容性的“玻璃基板”已成为一种新的CPO平台，但现有的基于玻璃的光波导制造方法（LDW·IOX）折射率对比度低，导致弯曲损耗高，难以实现高效光栅耦合器，从而限制了高集成度。

为了解决这些问题，金永铉教授的研究团队开发了一种新型光学集成平台，该平台将氮化硅应用于玻璃基板上。

在玻璃基板上实现的晶圆级SiN基光互连示意图。（图片由汉阳大学提供）

氮化硅（SiN）与玻璃基板（二氧化硅，SiO₂）形成高折射率对比度，使其集成度远高于现有的基于激光粉末冶金/离子氧化（LDW/IOX）的平台。此外，通过与金属反射器结构相结合，该结构能够反射玻璃基板下方泄漏的光，研究团队成功实现了此前无法实现的“高效光栅耦合器”。

研究团队在6英寸玻璃基板上沉积金属反射器，通过低温薄膜工艺形成SiO₂-SiN层，然后通过曝光和干法刻蚀工艺制造了光栅耦合器、环形谐振器、多模干涉（MMI）耦合器和马赫-曾德尔干涉仪（MZI）等各种关键无源器件。

所开发的结构实现了比现有技术高10倍以上的集成密度，并且成功实现了大规模集成所必需的低损耗拼接结构。此外，该团队与韩国电子通信研究院（ETRI）光封装研究实验室（OPAC）合作，成功实现了单通道106 Gbps PAM-4超高速数据传输，验证了基于SiN玻璃平台的实用性和可扩展性。

金永铉教授解释说：“这项研究通过实验验证了其与低温、大面积面板工艺的兼容性，并为构建高效、高密度、适用于先进人工智能半导体封装的光平台奠定了基础。” 他补充道：“未来，这项技术将发展成为晶圆级和面板级通信结构的核心技术。”

本研究得到了汉阳大学BK21 FOUR ERICA-ACE中心和三星电子（IO240103-08448-01）的支持，以及韩国国家研究基金会（由韩国科学技术信息通信部资助）的“下一代光学封装技术开发项目（编号：RS-2025-16068050）”和韩国科学技术商业化促进院的“2025年区域产业对接型大学开放实验室促进支持项目（RS-2025-25443741）”的支持。

此外，作为本项目一部分开展的相关研究已陆续发表于国际学术期刊。首先，由汉阳大学ERICA纳米光电子学系博士生Jin Tae-won领导的研究论文《用于面板级封装中可扩展、高密度光学重分布层的玻璃基氮化硅光子平台》于11月19日发表在Optica的SCI期刊《Optics Express》上。

其次，由硕士/博士研究生Jeong Hee-yoon领导的研究论文《玻璃基板上金属反射器氮化硅光栅耦合器的演示》已确定发表在IEEE的SCI期刊《IEEE Photonics Technology Letters》上，预计将于12月刊发表。

与此同时，金永铉教授将“用于人工智能半导体的光学半导体技术”以中大规模（5亿韩元）转让给了位于安山的中小企业FOSTEC。同年8月，他创立了“YK Photonics Co., Ltd.”公司，致力于人工智能半导体光学封装技术的商业化，从而加强了科研与产业的联系。

来源：https://www.hani.co.kr/arti/economy/biznews/1231526.html，侵删

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