IMEC微转移印刷（MTP）技术：光子集成领域的异质集成新突破

近年来，光子集成电路（PIC）技术因其在数据通信、传感、医疗和人工智能等领域的广泛应用而备受关注。作为PIC发展的重要技术，IMEC发布的微转移印（Micro-Transfer Printing，MTP）技术，以高效率、高精度和高兼容性著称，为光电子集成领域开辟了新路径。

异质集成的挑战与契机

传统硅光子（SiPh）平台以其低成本、高密度和与CMOS技术的兼容性，成为光子集成的重要基石。然而，硅材料的物理特性限制了其在光放大和激光源等关键功能上的应用，亟需引入III-V族化合物半导体等材料进行补充。。现有的异质集成方法（如键合、芯片焊接）在效率、良率和工艺复杂性上面临挑战，无法满足PIC快速发展的需求。IMEC的MTP技术通过高效转移和精准定位，显著优化工艺流程和器件性能，为异质材料的集成提供了全新解决方案。

IMEC MTP技术的技术亮点

高效率的转移过程

MTP技术通过使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章，将预制好的III-V族器件从源晶圆转移到目标硅光子晶圆。与传统的芯片焊接方法相比，MTP技术显著提高了效率。一次印刷循环仅需45秒，而每次循环可以同时转移一个阵列的器件，从而实现了大规模集成。

高精度的定位能力

MTP技术利用图案识别和透明印章的组合，实现了±0.5微米（3σ）的定位精度。这种精度不仅保证了高效的光学耦合，还允许器件在集成前完成预检测，从而降低了不良品的集成风险，提高了整体良率。

与现有硅光子流程的兼容性

与键合或异质外延生长不同，MTP技术不会显著改变现有的硅光子制造流程。其只需在目标晶圆上局部打开集成位置，无需全流程改造，从而避免了工艺污染和额外成本。

材料与功能的多样化整合

通过MTP技术，硅光子平台可以实现III-V激光器、半导体光放大器、硅锗调制器、锂铌酸盐相位调制器、非线性光学材料等多种功能的整合。这种多材料的整合能力让硅光子平台从单一功能扩展到更加复杂的应用场景。

典型应用案例

1. 宽调谐范围的激光器

通过MTP技术，IMEC成功集成了III-V族半导体光放大器（SOA）到硅光子平台，实现了超过100 nm的宽调谐范围激光器。这些激光器在高速通信和可调谐光源领域具有显著优势。

2. 模式锁定激光器

MTP技术支持在低损耗SiN波导上集成模式锁定激光器，其腔长延展和噪声优化性能，使其成为频率计量和光谱分析的重要工具。

3. 高带宽光探测器

MTP实现了III-V族光电探测器（PD）的高效集成，其探测带宽高达155 GHz，满足下一代电信和数据通信的需求。此外，MTP还成功集成了硅基光电探测器，用于生物传感、成像等近可见光波段的应用。

4. 高效光调制器

基于MTP技术，IMEC还展示了锂铌酸盐（LiNbO3）相位调制器的异质集成。相比传统硅调制器，这种器件的相位调制性能显著提高，具备低损耗、高带宽的特性，适用于高速光通信和量子计算等领域。

未来展望

随着MTP技术的不断成熟，其在200 mm和300 mm晶圆规模上的应用将满足大规模生产需求，并进一步降低异质集成的成本。未来，通过提升激光器效率和可靠性，IMEC的MTP技术有望成为光电子与微电子深度融合的核心支柱，为全球高科技产业注入新的发展动力。。

这项技术的突破性进展不仅将重塑光电子行业的技术格局，也将进一步推动全球高科技产业的快速发展。