Открытие новой эры фотоники: как производство волноводов из циркония и германия в 2025 году изменит оптические коммуникации и датчики — что ведущие компании не хотят, чтобы вы пропустили.

• Исполнительное резюме: рыночные движущие силы и ключевые идеи на 2025–2030 годы
• Обзор технологий: основы волноводов из циркония и германия
• Недавние прорывы в методах производства
• Основные производители и заинтересованные стороны (с указанием веб-сайтов компаний)
• Текущие и новые приложения в фотонике и сенсорах
• Размер рынка и прогнозы роста до 2030 года
• Конкурентная среда: инновации, патенты и партнерства
• Проблемы цепочки поставок и сырьевых материалоов
• Регуляторные стандарты и отраслевые рекомендации (например, ieee.org)
• Перспективы: направления НИОКР и возможности коммерциализации
• Источники и ссылки

Исполнительное резюме: рыночные движущие силы и ключевые идеи на 2025–2030 годы

Рынок волноводов из циркония и германия (ZrO₂-Ge) готов к значительным изменениям в 2025 году и последующих годах, обусловленным растущими требованиями в области фотонной интеграции, оптических коммуникаций следующего поколения и обработки квантовой информации. Основным двигателем этой технологии является уникальное сочетание высокого показателя преломления, термостойкости и низких оптических потерь циркония с благоприятными электрооптическими и нелинейными свойствами германия. Эти характеристики делают ZrO₂-Ge волноводы перспективными кандидатами для создания продвинутых фотонных схем и среднеинфракрасных приложений.

В последние годы был достигнут значительный прогресс в прецизионном производстве ZrO₂-Ge волноводов. Ведущие производители керамических материалов и фотонных субстратов, такие как Tosoh Corporation и CoorsTek, продолжают улучшать свои возможности по производству высокочистых субстратов из циркония. Эти достижения являются крайне важными для получения пленок с низкими дефектами и высокой однородностью, необходимых для эффективного функционирования волноводов. В то же время методы интеграции германия — особенно те, которые используют химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и ионную имплантацию — совершенствуются специализированными поставщиками и исследовательскими институтами в Азии, Северной Америке и Европе.

Ключевые процессы, такие как осаждение атомного слоя (ALD), импульсное лазерное осаждение (PLD) и современная литография, ожидают более широкого применения, что позволит производить ZrO₂-Ge волноводы в крупных масштабах и по доступной цене. Поставщики оборудования, такие как Lam Research и Applied Materials, активно сотрудничают с производителями фотоники для настройки инструментов для осаждения и травления под эти новые материалы. Это сотрудничество ускоряет прототипирование и прокладывает путь для коммерческого производства в широких масштабах.

Стремление к интеграции с платформами кремниевой фотоники является еще одним движущим фактором рынка, поскольку производители устройств стремятся объединить ZrO₂-Ge волноводы с существующими процессами, совместимыми с CMOS. Эту тенденцию поддерживают такие игроки экосистемы, как Intel, которые инвестируют в исследования гетерогенной интеграции для преодоления проблем совместимости материалов и процессов.

• Движущие силы рынка: Увеличение объемов передачи данных, спрос на большую пропускную способность и распространение квантовых и среднеинфракрасных устройств стимулируют инвестиции и НИОКР в технологии ZrO₂-Ge волноводов.
• Ключевые идеи: Ожидается, что продолжающиеся улучшения в области осаждения, паттернизации и интеграции приведут к снижению затрат и увеличению доходности, что сделает коммерческое применение более целесообразным после 2025 года.
• Перспективы: Поскольку производство масштабируется, а качество материала улучшается, ZrO₂-Ge волноводы будут играть жизненно важную роль в устройствах фотоники следующего поколения, и в период с 2025 по 2030 год, скорее всего, произойдет первоначальное коммерческое внедрение и расширение научных исследований.

Обзор технологий: основы волноводов из циркония и германия

Производство волноводов из циркония и германия (ZrO₂-Ge) является продвинутым подходом к интегрированной фотонике, использующим уникальное сочетание высокого показателя преломления, химической стабильности и механической прочности циркония с благоприятными оптическими свойствами германия в ближнем и среднеинфракрасных спектральных диапазонах. На 2025 год основное внимание в области технологий сосредоточено на оптимизации процессов осаждения, паттернизации и отжига для создания волноводов с низкими потерями и высокой надежностью, адаптированных для передачи данных, сенсорных технологий и квантовых приложений.

Современные методы производства обычно начинаются с осаждения тонких пленок, либо методом осаждения атомного слоя (ALD), либо методом распыления, чтобы достичь однородных покрытий цирконием на кремниевых или кремнеземных подложках. ALD обеспечивает точный контроль над толщиной пленки и составом, что имеет решающее значение для настройки показателя преломления и минимизации оптических потерь. Германий может быть интегрирован с помощью сораспыления или последующего эпитаксиального роста, что позволяет настраивать оптическое окно волновода, особенно расширяя передачу в среднеинфракрасный диапазон. Несколько ведущих компаний в области осаждения тонких пленок, таких как ULVAC и Oxford Instruments, активно развивают возможности оборудования, поддерживающие эти сложные многонишевые структуры.

Литографическая паттернизация, часто использующая глубокую ультрафиолетовую (DUV) или электронно-лучевую литографию, задает геометрию волноводов с наноразмерной точностью. Процессы сухой травки, включая реактивное ионное травление (RIE), оптимизируются для поддержания гладких боковых стенок и четких интерфейсов, что необходимо для минимизации потерь рассеяния. Lam Research и Applied Materials являются ведущими поставщиками технологий травления, широко используемыми в производстве фотонных устройств.

Ключевой вызов в 2025 году остается в интеграции циркония и германия с существующими платформами кремниевой фотоники. Основные усилия сосредоточены на смягчении несоответствия термического расширения и дефектов на интерфейсе, причем протоколы отжига после осаждения находятся на стадии усовершенствования для уменьшения кристаллографического стресса и улучшения качеств материалам. Исследователи также изучают методы прямой связи и быстрой термической обработки для повышения выхода и производительности.

Перспективы для производства волноводов из циркония и германия выглядят многообещающими. В ближайшие несколько лет, вероятно, будут созданы масштабируемые пилотные производственные линии, с инвестициями от крупных фотонных фабрик и поставщиков материалов. Компании, такие как Lumentum и ams OSRAM, расширяют свои возможности в области продвинутой фотонной интеграции, что может ускорить коммерциализацию и разнообразие применения. С улучшением контроля процесса и качества материалов, ZrO₂-Ge волноводы готовы сыграть ключевую роль в эволюции интегрированной фотоники для данных 800G/1.6T, LiDAR следующего поколения и среднеинфракратной спектроскопии.

Недавние прорывы в методах производства

Период, предшествующий 2025 году, ознаменовался значительными достижениями в производстве волноводов из циркония и германия (ZrO₂-Ge), вызванными спросом на интегрированные фотонные устройства с высоким контрастом показателя преломления и надежной термостойкостью. Одним из наиболее значительных прорывов стало совершенствование методов осаждения атомного слоя (ALD) и импульсного лазерного осаждения (PLD), которые обеспечивают точный контроль над толщиной пленки и стехиометрией — критическими факторами для минимизации оптических потерь в волноводах.

В 2023 и 2024 годах исследовательские группы успешно продемонстрировали использование низкотемпературного ALD для осаждения аморфных пленок циркония непосредственно на германиевые подложки. Этот подход решает предыдущие проблемы со смешением решеток и межпластинной диффузией, что приводит к более качественным интерфейсам и улучшению оптических свойств. Эти достижения были поддержаны наличием высокочистых прекурсоров циркония от промышленных поставщиков, таких как American Elements и ALFRED METALS, которые расширили свой портфель циркониевых материалов, адаптированных для фотонных приложений.

Что касается производства, то фотолитография в сочетании с сухой травкой, особенно методами индукционно-связанной плазмы (ICP), позволила получить волноводы из ZrO₂-Ge размером меньше микрона с уменьшенной шероховатостью боковых стенок. Лидеры оборудования, такие как Lam Research и Applied Materials, сообщают о постоянных улучшениях в единообразии травления и селективности для сложных оксидно-半导体 структурах, что делает масштабируемое производство сложных геометрий волноводов все более осуществимым.

Еще одним замечательным шагом стало интегрирование химико-механического полирования (CMP) для достижения ультрагладких поверхностей, что необходимо для снижения потерь распространения в пассивных фотонных цепях. Компании, такие как Entegris, выпустили новые формулы суспензий, специально оптимизированные для твердых оксидных материалов, таких как цирконий, что упрощает переход от лабораторных демонстраций к пилотным производственным линиям.

Смотря вперед на ближайшие несколько лет, ожидается, что сотрудничество между фотонными фабриками и поставщиками материалов будет способствовать ускорению коммерциализации волноводов ZrO₂-Ge. Например, LioniX International, известный игрок в области создания кастомизированных фотонных чипов, выразил заинтересованность в интеграции материалов с высоким показателем преломления для устройств следующего поколения, намекая на более широкое применение в области квантовых технологий, сенсоров и передачи данных. Учитывая эти тенденции, перспективы производства волноводов из циркония и германия в 2025 году и далее выглядят многообещающими благодаря продолжающимся улучшениям в области осаждения, паттернизации и технологий финишной обработки поверхности.

Основные производители и заинтересованные стороны (с указанием веб-сайтов компаний)

Ландшафт производства волноводов из циркония и германия в 2025 году характеризуется слиянием передовых материалов, фотонной интеграции и стратегических отраслевых партнерств. Уникальные свойства циркония (ZrO₂) — в частности, высокий показатель преломления, широкий запрещенный слой и отличная термостойкость — в сочетании с устоявшейся ролью германия в фотодетекторах и среднеинфракратной фотонике поставили эту материалосистему на передний край оптики следующего поколения.

Ключевые производители и заинтересованные стороны в этом секторе в основном представляют собой установившихся лидеров в области керамических материалов, фотонных фабрик и производства полупроводниковых устройств:

• Tosoh Corporation является одним из крупнейших в мире производителей передовых порошков и керамики циркония, поставляющих высокочистые материалы для электронных и фотонных приложений. Их материалы являются основой для технологий тонких пленок и плоских волноводов, и они часто упоминаются как предпочтительный поставщик как для исследований, так и для промышленного производства.
• Materion Corporation предоставляет инженерные передовые материалы, включая кастомные составы циркония и связанных оксидов, обслуживая производителей оптоэлектронных устройств с строгими требованиями к чистоте и микроструктуре.
• Corning Incorporated признана за свои инновации в области специального стекла и керамики. Экспертиза Corning в области прецизионных стеклянно-керамических субстратов и платформ волноводов используется в совместных усилиях по разработке масштабируемых методов интеграции циркония и германия.
• ams-OSRAM AG является мировым лидером в области фотоники и интеграции полупроводников. С акцентом на кремниевую фотонику и гибридную интеграцию, компания активно разрабатывает процессы по внедрению новых материалосистем — таких как цирконий-германий — в передовые оптические модули.
• Coherent Corp. поставляет ряд фотонных материалов и услуги прецизионного производства, поддерживая прототипирование и пилотное производство волноводов для устройств в области коммуникаций и сенсоров.
• Oxford Instruments plc предоставляет оборудование для осаждения и травления, критически важное для производства высококачественных волноводов, поддерживая интеграцию слоев циркония и германия на кремний и другие субстраты.

Перспективы производства волноводов из циркония и германия в ближайшие несколько лет являются оптимистичными, поддерживаемыми спросом на высокопроизводительные фотонные чипы для передачи данных, LIDAR и датчиков. Ожидается, что стратегические сотрудничества между поставщиками материалов, фабриками и интеграторами систем ускорят коммерциализацию этих гибридных платформ. Также наблюдается тенденция к более масштабируемым и совместимым с CMOS процессам, при этом крупные игроки инвестируют в НИОКР для совершенствования технологий осаждения, паттернизации и интеграции для массового производства.

Текущие и новые приложения в фотонике и сенсорах

Производство волноводов из циркония и германия (ZrO₂-Ge) набирает популярность в секторах фотоники и сенсоров, благодаря уникальным свойствам материалов и недавним достижениям в области осаждения тонких пленок и нанообработки. В 2025 году сочетание высокого контраста показателя преломления, низких потерь распространения и совместимости с существующими кремниевыми платформами сделало ZrO₂-Ge волноводы многообещающими кандидатами для интегрированных фотонных схем следующего поколения.

Недавние усилия в производстве волноводов сосредоточились на использовании технологий осаждения атомного слоя (ALD) и магнетронного распыления для достижения ультрагладких пленок ZrO₂ на германиевых подложках. Эти методы обеспечивают точный контроль над толщиной и составом пленки, что критично для минимизации потерь рассеяния и повышения выходной производительности устройств. Компании, такие как Oxford Instruments и Plasma Process Group, предоставляют передовое оборудование для ALD и распыления, что облегчает воспроизводимый рост слоев ZrO₂ с поднанометровой шероховатостью, что необходимо для высокопроизводительных оптических волноводов.

С точки зрения германиевой стороны, поставщики подложек, такие как ACI Alloys и Umicore, предоставляют высокочистые германиевые субстраты, поддерживая интеграцию пленок ZrO₂ для улучшения функциональности волноводов, особенно в среднеинфракрасном диапазоне. Сильное поглощение германия ниже 2 мкм и прозрачность до 16 мкм делают его идеальной платформой для среднеинфракратных фотонных устройств, что представляет собой значительный интерес для экологического мониторинга, медицинской диагностики и свободно-пространственных коммуникаций.

Что касается прототипирования устройств и мелкосерийного производства, фабрики, такие как LioniX International и Lumerical (которая теперь является частью Ansys), разрабатывают технологические процессы, адаптированные для интеграции ZrO₂-Ge, что позволяет быстро вносить изменения и создавать кастомизированные геометрии для исследований и коммерческих демонстраций. Их производственные возможности включают электронно-лучевую литографию и реактивное ионное травление, что обеспечивает высокое разрешение паттернизации и вертикальные боковые стенки — ключевые факторы для низкопотерь волноводов.

Смотря вперед, ожидается расширение применения волноводов ZrO₂-Ge в спектроскопических сенсорах, настраиваемых фильтрах и нелинейной фотонике. Совместные проекты между ведущими фотонными компаниями и научными институтами нацелены на масштабируемые производственные маршруты и монолитную интеграцию с другими материалами, такими как кремний-нитрид и индий-фосфид. С продолжающимися улучшениями в области однородности осаждения и селективности травления эксперты предсказывают, что волноводы ZrO₂-Ge сыграют ключевую роль в интегрированной фотонике среднеинфракратного диапазона к 2027 году, поддерживая новое поколение решений для сенсоров и коммуникаций на кристалле.

Размер рынка и прогнозы роста до 2030 года

Рынок производства волноводов из циркония и германия (ZrO₂-Ge) находится на начальной стадии, при этом прогнозы роста сильно зависят от достижений в области фотонных интегрированных схем, обработки квантовой информации и высокоскоростных оптических коммуникаций. На 2025 год коммерческое применение остается ограниченным, но стратегические инвестиции и пилотное производство от ведущих игроков в сфере фотоники и материалов сигнализируют о грядущем переходе к более широкому внедрению.

В глобальном масштабе сектор фотонных компонентов — включая волноводы — демонстрирует устойчивый рост, обусловленный растущим спросом на дата-центры, телекоммуникации и сети датчиков. Волноводы из циркония и германия привлекают внимание благодаря своему благоприятному контрасту показателя преломления, термостойкости и низким оптическим потерям, что позволяет более плотную интеграцию и увеличение производительности по сравнению с традиционными кремниевыми или кремнеземными волноводами. Ведущие компании, такие как CoorsTek, крупный производитель керамики, и Umicore, специалист по продуктам из германия, позиционируют себя на потенциальные роли в цепочке поставок, хотя прямое производство волноводов в крупных масштабах все еще в основном находится на стадии НИОКР.

Отраслевые инициативы в 2025 году включают производственные пробные запуски и совместные проекты между поставщиками материалов и интегрированными фотонными фабриками. Например, imec, ведущее исследовательское и инновационное учреждение в области наноэлектроники и цифровых технологий, выделила обещание передовых материалов в дизайне волноводов следующего поколения, поддерживая ранние этапы увеличения для структур ZrO₂-Ge. Кроме того, научные консорциумы и партнерства между промышленностью и академиями ускоряют передачу знаний и оптимизацию процессов, указывая на готовность к пилотным производственным линиям к 2026-2027 годам.

Прогнозы рынка для производства волноводов из циркония и германия до 2030 года ожидают совокупный годовой темп роста (CAGR), превышающий средний показатель для более широкого рынка фотонных интегрированных схем, который прогнозируется в рамках высоких единиц до низких двузначных чисел. Это зависит от преодоления текущих вызовов в производстве — таких как качество интерфейса, однородность осаждения и совместимость интеграции — что несколько компаний активно решают путем улучшения материалов и точной инженерии процессов.

К концу 2020-х годов ожидается рост внедрения на платформах квантовых вычислений, высокоскоростных трансиверах и передовых сенсорных системах. По мере формирования зрелых цепочек поставок вокруг специальных керамик и высокочистого германия, такие участники, как CoorsTek и Umicore, вероятно, будут играть ключевые роли. Прогнозы для производства волноводов из циркония и германия при этом остаются прочными, а следующие пять лет знаменуют собой переход от лабораторных демонстраций к коммерческой жизнеспособности и раннему проникновению на рынок.

Конкурентная среда: инновации, патенты и партнерства

Конкурентная среда производства волноводов из циркония и германия в 2025 году характеризуется ростом инноваций, активностью патентной деятельности и созданием стратегических партнерств между ключевыми игроками отрасли и исследовательскими институтами. Этот сектор поддерживается растущим спросом на высокопроизводительные фотонные устройства в телекоммуникациях, сенсорах и новейших квантовых технологиях.

Несколько компаний, специализирующихся на продвинутых материалах и фотонных компонентах, такие как Corning Incorporated и SCHOTT AG, активно изучают новые методы производства для улучшения интеграции и производительности волноводов из циркония и германия. Эти компании обладают значительным опытом в обработке стекол и керамики, что ставит их в авангард масштабируемого производства и надежности устройств.

Количество патентных заявок, связанных со структурами волноводов из циркония и германия и процессами их производства, постоянно увеличивалось с 2022 года. Базы данных Европейского патентного офиса (EPO) и Патентного ведомства США (USPTO) показывают заметное увеличение заявок от как устоявшихся компаний, так и от академических стартапов, отражая гонку за защиту интеллектуальной собственности в методах, которые решают проблемы минимизации потерь, стабильности интерфейсов и массового производства. Например, недавние патенты сосредоточены на техниках сораспыления, низкотемпературном отжиоге и гибридных методах интеграции для оптимизации контраста показателя преломления и потерь распространения в волноводах.

Существуют также растущие совместные исследовательские инициативы между университетами и промышленностью. Ведущие академические партнеры, как правило, поддерживаемые государственными инновационными грантами, работают в тесном сотрудничестве с производителями компонентов для устранения разрыва между прототипами лабораторного уровня и производством в коммерческих масштабах. В частности, консорциумы, такие как Европейский фотонный индустриальный консорциум (EPIC), играют ключевую роль в содействии предконкуренционной коллаборации и обмена знаниями между заинтересованными сторонами, ускоряя выход технологий волноводов из циркония и германия на рынок.

Что касается партнерств, в 2025 году ожидается дальнейшее создание альянсов между поставщиками специальных материалов, такими как Ferro Corporation (лидер в области керамических материалов), и фотонными фабриками с целью разработки индивидуальных процессов осаждения и решений по упаковке. Эти сотрудничества являются важными для решения таких задач, как несоответствие термического расширения и обеспечение долговечности устройств в условиях высокой нагрузки.

Смотря вперед, конкурентная среда, вероятно, останется динамичной с акцентом на разработку собственных процессов, партнерства внутри экосистемы и дифференциацию, основанную на патентах. Компании, которые могут продемонстрировать надежность, масштабируемость и интеграцию с существующими платформами кремниевой фотоники, хорошо расположены для улавливания новых возможностей в области высокоскоростных коммуникаций, оптического вычисления и передовых сенсоров.

Проблемы цепочки поставок и сырьевых материалоов

Производство волноводов из циркония и германия в 2025 году формируется под влиянием меняющихся проблем в цепочке поставок и сырьевых материалах, отражающих как растущий спрос на продвинутые фотонные компоненты, так и сложности, связанные с получением высокочистых материалов. Цирконий (ZrO₂) и германий (Ge) являются критически важными материалами в разработке низкопотерь, с высоким контрастом показателя преломления волноводов для интегрированной оптики, но каждый из них представляет собой отдельные проблемы с поставками.

Цирконий, ценимый за свой широкий запрещенный слой и термостойкость, в основном добывается из минеральных песков и обрабатывается в высокочистые порошки и керамику. Крупные производители, такие как Kenmare Resources и Iluka Resources, доминируют на рынке добычи циркония (предшественника циркония), особенно в Австралии и Африке. Этапы очистки, необходимые для производства оптического циркония, по-прежнему энергоемки, а волатильность цен увеличилась в последние годы из-за возросшего спроса со стороны электротехнической и керамической промышленности. В 2024 и в 2025 году отрасль наблюдала периодические проблемы с поставками, усугубленные логистическими проблемами и геополитической неопределенностью в ключевых горных районах. Эти сбои побудили производителей искать вторичных поставщиков и инвестировать в инициативы по переработке, чтобы стабилизировать доступность сырья.

Германий, необходимый за его высокий показатель преломления и прозрачность в среднеинфракрасном диапазоне, преимущественно получает в качестве побочного продукта переработки цинковой руды. Поставки географически сконцентрированы, при этом Teck Resources (Канада) и Umicore (Бельгия) являются одними из немногих ключевых переработчиков, производящих высокочистые соединения германия. Рынок остается напряженным, поскольку спрос на германий в фотонике и полупроводниках (а также в военной оптике) растет, в то время как предложение ограничено из-за ограниченного расширения добычи цинка. В 2025 году Европейский Союз и Соединенные Штаты определили германий как критически важный сырьевой материал, что усилило усилия по диверсификации источников и стимулированию переработки для снижения зависимости от импорта.

Для производства волноводов как цирконий, так и германий должны соответствовать строгим стандартам чистоты, так как следовые загрязнители могут значительно увеличить оптические потери. Таким образом, цепочка поставок этих материалов характеризуется тесными связями между горнодобывающими компаниями, специализированными химическими переработчиками и производителями фотоники. Такие компании, как Materion, разработали специализированные цепочки поставок для высокочистых оксидов и полупроводников, сотрудничая с академическими и отраслевыми консорциумами для повышения урожайности материалов и снижения количества примесей.

Смотря вперед, в业内 ожидают дальнейшего давления на стоимость и доступность сырьевых материалов до 2026 года, особенно по мере того как новые применения в области квантовой фотоники и телекоммуникаций стимулируют спрос. Стратегическое накопление, инвестиции в технологии переработки и сделки с основными производителями, вероятно, будут определять стратегии закупок для производства волноводов из циркония и германия в предстоящие годы.

Регуляторные стандарты и отраслевые рекомендации (например, ieee.org)

Регуляторная среда и отраслевые рекомендации, касающиеся производства волноводов из циркония и германия, разрабатываются в ответ на быстрые достижения в области фотонной интеграции и растущий спрос на новые материалы в оптических устройствах следующего поколения. На 2025 год соблюдение установленных стандартов имеет решающее значение для производителей, чтобы обеспечить совместимость устройств, безопасность и долгосрочную надежность, особенно по мере того как волноводы на основе циркония и германия приближаются к более широкому коммерческому применению.

Большинство протоколов производства и тестирования для фотонных волноводов — включая те, которые используют цирконий и германий — основаны на международных стандартах, установленных такими организациями, как IEEE, Международная электротехническая комиссия (IEC) и Международный союз электросвязи (ITU). Эти организации ответственны за определение лучших практик в области чистоты материалов, размерных допусков, характеристики оптических потерь и устойчивости к окружающей среде. Например, серии IEEE 802.3 и IEC 60793 устанавливают базовые требования к оптическим коммуникационным компонентам, включая устройства на основе волноводов.

Уникальные свойства композитов из циркония и германия — такие как высокий контраст показателя преломления и стабильность при повышенных температурах — побуждают технические рабочие группы в рамках IEEE и IEC пересматривать и обновлять испытательные стандарты для оптического ослабления, потерь вставки и механической прочности, специфичных для этих материалов. В начале 2025 года совместные семинары между стандартными органами и лидерами отрасли, включая выдающихся производителей волноводов и поставщиков материалов, сосредотачиваются на гармонизации определений для плотности дефектов, шероховатости поверхности и качества соединения в платформах циркония и германия. Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что новые устройства соответствуют как требованиям устаревших систем, так и спецификациям сетей следующего поколения.

Регуляторный контроль в производственном процессе подчеркивает необходимость отслеживания сырьевых материалов и соблюдения стандартов безопасности окружающей среды, в частности RoHS (Ограничение опасных веществ) и REACH (Регистрация, оценка, авторизация и ограничение химических веществ). Ведущие поставщики — такие как Tosoh Corporation для порошков циркония и Umicore для германия — внедрили сертифицированные системы управления качеством ISO 9001 и регулярно предоставляют документацию, подтверждающую соблюдение нормативных требований для фотонных материалов.

Смотря вперед, ожидается, что отраслевые консорциумы опубликуют более детализированные рекомендации, специфические для гибридных материалов волноводов, отражающие растущее внедрение решений на основе циркония и германия в дата-центрах, сенсорах и квантовой фотонике. Постоянное развитие и предстоящая ратификация новых стандартов IEEE и IEC к 2026 году будут дополнительно уточнять метрические тесты и протоколы проверки, поддерживая безопасную коммерциализацию и международное принятие технологий волноводов из циркония и германия.

Перспективы: направления НИОКР и возможности коммерциализации

На 2025 год исследования и разработки в области производства волноводов из циркония и германия (ZrO₂-Ge) находятся на критическом этапе, переходя от раннего прототипирования к масштабируемым производственным решениям. Высокий показатель преломления, механическая прочность и химическая стабильность циркония в сочетании с выгодными оптическими свойствами германия позволяют разрабатывать интегрированные фотонные устройства следующего поколения, которые можно применять в телекоммуникациях, сенсорах и системах квантовой информации.

Недавние достижения в области физического парового осаждения, осаждения атомного слоя и сол-желатиновых методов позволили точно наложить и паттернизировать пленки ZrO₂ и Ge на различных подложках, включая кремний и стекло. Основные игроки отрасли, такие как Lumentum Holdings, крупный поставщик фотонных компонентов, и AMETEK (через дивизион материаловедения), инвестируют в современные инструменты для производства тонких пленок, совместимые как с цирконием, так и с германием. Эти усилия нацелены на улучшение однородности волноводов, снижение потерь распространения и улучшение интеграции с существующими платформами CMOS.

Сотрудничество между академическими учреждениями и промышленными консорциумами, такими как те, которые продвигаются imec, ускоряет оптимизацию химии интерфейса ZrO₂-Ge и процессов травления. Особенно моделирование открытых инноваций imec поддерживает пилотные производственные линии для новых фотонных интегрированных схем (PIC), стремясь уменьшить разрыв между лабораторными демонстрациями и коммерческим производством.

С точки зрения коммерциализации, прогноз выглядит многообещающим, но зависит от продолжения достижений в области повторяемости процессов и снижения затрат. Производители устройств в частности сосредоточены на использовании волноводов из циркония и германия для высокоскоростных оптических соединений и среднеинфракратного (MIR) сенсирования, для которых предполагается значительный рост до 2028 года. Такие компании, как Corning Incorporated, ведущий поставщик специального стекла и керамики, оценивают возможность интеграции пленок ZrO₂ в свои линии оптических компонентов, в то время как EV Group (EVG) предоставляет оборудование для литографии на наноимпульсах и связывания пластин, адаптированное к уникальным задачам архитектуры ZrO₂-Ge.

Смотря вперед, представители отрасли предсказывают, что к концу 2020-х годов платформы ZrO₂-Ge с возможностью масштабирования будут поддерживать гибридную интеграцию с лазерами и детекторами III-V, позволяя создавать компактные, высокопроизводительные фотонные модули. Основное внимание НИОКР по-прежнему сосредоточено на повышении выхода, инженерии интерфейса и тестировании надежности. По мере решения этих проблем ожидается, что волноводы из циркония и германия перейдут от специализированных исследовательских устройств к коммерчески жизнеспособным решениям для дата-центров, экологического мониторинга и спектроскопии на кристалле.

Источники и ссылки

• ULVAC
• Oxford Instruments
• Lumentum
• ams OSRAM
• American Elements
• Entegris
• Materion Corporation
• Coherent Corp.
• Oxford Instruments
• Umicore
• Lumerical
• imec
• SCHOTT AG
• Ferro Corporation
• Teck Resources
• IEEE
• Международный союз электросвязи
• AMETEK
• EV Group