光明網訊（記者 宋雅娟） 5月8日，中國科學院上海微系統與資訊科技研究所（以下簡稱上海微系統所）研究員歐欣團隊與瑞士洛桑聯邦理工學院Tobias Kippenberg團隊合作，在鉭酸鋰異質整合晶圓及高效能光子芯片制備領域取得突破性進展。上海微系統所已率先攻關8英寸晶圓制備技術，為更大規模的國產光電整合芯片和流動終端射頻濾波器芯片的發展奠定了核心材料基礎。相關成果以【可批次制造的鉭酸鋰整合光子芯片】（Lithium tantalate photonic integrated circuits for volume manufacturing）為題，發表於國際學術期刊【自然】。
鉭酸鋰異質整合晶圓及高效能光子芯片示意圖
隨著全球集成電路產業發展進入「後摩爾時代」，集成電路芯片效能提升的難度和成本越來越高，人們迫切需要尋找新的技術方案。以矽光技術和薄膜鈮酸鋰光子技術為代表的整合光電技術成為應對此瓶頸問題的顛覆性技術。
其中，鈮酸鋰被稱為光子時代的「光學矽」材料，因其自身機械效能穩定、易加工、耐高溫、抗腐蝕、原材料來源豐富、價格低廉、易生長成大晶體的優點，被廣泛套用於高效能濾波器、電光器件、全像儲存、3D全像顯示、非線性光學器件、光量子通訊等領域。
與鈮酸鋰類似，歐欣團隊與合作者研究證明單晶鉭酸鋰薄膜同樣具有優異的電光轉換特性，且在雙折射、透明視窗範圍、抗光折變、頻率梳產生等方面相比鈮酸鋰更具優勢。此外，矽基鉭酸鋰異質晶圓（LTOI）的制備工藝與絕緣體上的矽（SOI）更加接近，因此，鉭酸鋰薄膜可實作低成本和規模化制造，具有極高的套用價值。
歐欣團隊采用基於「萬能離子刀」的異質整合技術，透過離子註入結合晶圓鍵合的方法，制備了高質素矽基鉭酸鋰單晶薄膜異質晶圓。進一步，與合作團隊聯合開發了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，對應器件的光學損耗低於已知的晶圓級鈮酸鋰導波的最低損耗值。
（a）矽基鉭酸鋰異質晶圓（b）薄膜鉭酸鋰光學導波制備工藝及導波的掃描透鏡顯微鏡（SEM）
結合晶圓級流片工藝，研究人員探索了鉭酸鋰材料內低雙折射對於模式交叉的有效抑制，並驗證了可以套用於整個通訊波段的鉭酸鋰光子微腔諧振器。鉭酸鋰光子芯片不僅展現出與鈮酸鋰薄膜相當的電光調制效率，同時基於鉭酸鋰光子芯片，研究團隊首次在X切型電光平台中成功產生了孤子光學頻率梳，結合其電光可調諧性質，有望在激光雷達、精密測量等方面實作套用。
（a）薄膜鉭酸鋰電光調制器；（b）首次實作X切型鉭酸鋰上的克爾孤子光頻梳
8英寸矽基薄膜鉭酸鋰晶圓制備
歐欣介紹，相較於薄膜鈮酸鋰，薄膜鉭酸鋰更易制備，且制備效率更高。同時，鉭酸鋰薄膜具有更寬的透明視窗、強電光調制、弱雙折射、更強的抗光折變特性，這種先天的材料優勢極大地擴充套件了鉭酸鋰平台的光學設計自由度。
來源： 光明網
