中新網(wǎng)北京5月9日電 (記者 孫自法 鄭瑩瑩)中國科學(xué)院最新發(fā)布消息說，由中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所(上海微系統(tǒng)所)、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院組成的合作團隊在國際上另辟蹊徑，最近在鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓及高性能光子芯片制備領(lǐng)域取得突破性進展，已成功研發(fā)并實現(xiàn)可批量制造的新型光子芯片——鉭酸鋰集成光子芯片，相關(guān)研究成果論文于北京時間5月8日夜間在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上線發(fā)表。
研究團隊自行設(shè)計的鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓及高性能光子芯片示意圖。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所/供圖據(jù)悉，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所團隊孵化的上海新硅聚合半導(dǎo)體有限公司已經(jīng)具備薄膜鉭酸鋰異質(zhì)晶圓量產(chǎn)能力，并開發(fā)出8英寸異質(zhì)集成鉭酸鋰材料技術(shù)，將為更大規(guī)模的中國國產(chǎn)光學(xué)和射頻芯片的發(fā)展奠定核心材料基礎(chǔ)。
本次研究的8英寸硅基薄膜鉭酸鋰晶圓制備。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所/供圖隨著全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入“后摩爾時代”，集成電路芯片性能提升的難度和成本越來越高，全球迫切尋找新的技術(shù)方案。以硅光技術(shù)和薄膜鈮酸鋰光子技術(shù)為代表的集成光電技術(shù)是應(yīng)對此瓶頸問題的顛覆性技術(shù)。與鈮酸鋰類似，中國與瑞士合作團隊研究證明單晶鉭酸鋰薄膜同樣具有優(yōu)異的電光轉(zhuǎn)換特性，且在雙折射、透明窗口范圍、抗光折變、頻率梳產(chǎn)生等方面相比鈮酸鋰更具優(yōu)勢。此外，硅基鉭酸鋰異質(zhì)晶圓的制備工藝與絕緣體上的硅更加接近，因此鉭酸鋰薄膜可實現(xiàn)低成本和規(guī)�；圃�，具有極高應(yīng)用價值。
(a)硅基鉭酸鋰異質(zhì)晶圓；(b)薄膜鉭酸鋰光學(xué)波導(dǎo)制備工藝及波導(dǎo)的掃描透鏡顯微鏡。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所/供圖論文共同通訊作者、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所歐欣研究員表示，研究團隊采用基于“萬能離子刀”的異質(zhì)集成技術(shù)，通過氫離子注入結(jié)合晶圓鍵合的方法，制備了高質(zhì)量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質(zhì)晶圓，隨后進一步聯(lián)合開發(fā)出超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法。結(jié)合晶圓級流片工藝，研究團隊探索發(fā)現(xiàn)，鉭酸鋰光子芯片不僅展現(xiàn)出與鈮酸鋰薄膜相當(dāng)?shù)碾姽庹{(diào)制效率，同時兼具片上實現(xiàn)孤子光學(xué)頻率梳的獨特屬性，有望在激光雷達、精密測量等方面實現(xiàn)應(yīng)用。
(a)鉭酸鋰彎曲波導(dǎo)；(b)鈮酸鋰彎曲波導(dǎo)的色散曲線設(shè)計(實線)與實際色散曲線(散點)，可觀察到鈮酸鋰波導(dǎo)色散曲線中明顯的模式交叉效應(yīng)。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所/供圖歐欣指出，相較于薄膜鈮酸鋰，薄膜鉭酸鋰更易制備，且制備效率更高。此外，鉭酸鋰薄膜具有更寬的透明窗口、強電光調(diào)制、弱雙折射、更強的抗光折變特性，這些先天材料優(yōu)勢極大擴展了鉭酸鋰平臺的光學(xué)設(shè)計自由度。
中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所介紹說，近十年來，歐欣帶領(lǐng)該所異質(zhì)集成團隊集中突破高品質(zhì)單晶薄膜制備及異質(zhì)集成共性技術(shù)，同時重點布局基于異質(zhì)集成材料的5G/6G高頻聲學(xué)射頻濾波器、高速集成光子器件及高功率電子器件技術(shù)。
(a)薄膜鉭酸鋰電光調(diào)制器；(b)首次實現(xiàn)X切型鉭酸鋰上的克爾孤子光頻梳。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所/供圖歐欣團隊此次與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院教授托比亞斯·基彭貝格(Tobias J. Kippenberg)團隊攜手選擇可批量制造的鉭酸鋰薄膜作為研究對象，挖掘出鉭酸鋰相較于鈮酸鋰在光電性能和批量制備方面的更大優(yōu)勢。最新發(fā)表于《自然》的相關(guān)成果顯示，鉭酸鋰光子芯片所展現(xiàn)出的極低光學(xué)損耗、高效電光轉(zhuǎn)換等特性，有望為突破通信領(lǐng)域速度、功耗、頻率和帶寬四大瓶頸問題提供解決方案，并在低溫量子、光計算、光通信等領(lǐng)域催生革命性技術(shù)。(完)