硅基光電子學

晶體管這個被譽為20世紀最偉大的發明改變了世界，而以硅材料為基礎的微電子器件則以其低功耗、低成本、易集成等優點迅速佔領了絕大部分電子市場，併成為當時高科技產業的重要支柱。從晶體管的發明、集成電路的出現、計算機的不斷更新換代、再到通信網絡的飛速發展，人類生活的各個層面無不打下了微電子的烙印：微電子產品已經被用到人們物資生活的各個層面；微電子的設計思想和製作方法也已經滲入到不同學科及社會領域。

然而，微電子器件的進一步小型化使得集成電路的互連延遲效應及能耗問題成了以電子作為信息載體的高速集成電路技術的一個不可逾越的障礙。與電子相比，光子作為信息載體具有巨大的優勢：光子沒有靜止質量，光子之間也幾乎沒有干擾，光的不同波長可用於多路同時通訊，因此，利用光子的信息技術具有更大的帶寬和更高的速率。

所謂硅基光電子學 ^[1]  ，就是研究和開發以光子和電子為信息載體的硅基大規模集成技術。其核心內容就是研究如何將光子器件"小型化"、“硅片化”並與納米電子器件相集成，即利用硅或與硅兼容的其他材料，應用硅工藝，在同一硅襯底上同時製作若干微納量級，以光子和/或電子為載體的信息功能器件，形成一個完整的具有綜合功能的新型大規模集成芯片。

雖然硅材料在光電效應方面存在着“先天不足”，而光子器件在尺寸方面也“衍射受限”，但將微電子和光電子結合起來，開發硅基大規模光電子集成技術，已經成為信息技術發展的必然和業界的普遍共識。

硅基光電子學研究的具體內容包括: 硅中光子與電子的相互作用, 硅基光波導，硅基無源器件，硅基光源，硅基光學調製，硅基光電探測器，硅基表面等離子激元器件，硅基光電子器件工藝與系統集成，硅基光電子學的應用等。

硅基光電子學擬解決的關鍵問題包括: 微納米範圍之內的光電相互作用及影響，微納範圍內光-光，光-熱、光-機，光-磁，光-生化等的傳感行為，微納光電器件的計算機模擬，微納光電器件的耦合，微納傳感器件的集成，微弱信號的探測與放大，微納薄膜技術，電子束光刻，納米壓印技術，聚焦離子束加工，高精度等離子體工藝等。

硅基光電子學目前最迫切的需求來源於高速度，大容量，低成本的計算機網絡，寬帶通信網絡，物聯傳感網絡，以及大數據中心。