光子芯片横空出世

 　　本报讯 （记者 许琦敏）光子芯片是未来信息产业的重要基础，业界一直在寻找可规模制造光子芯片的优势材料。中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员欧欣团队联合瑞士洛桑联邦理工学院托比亚斯·基彭贝格团队，开发出钽酸锂异质集成晶圆，并成功用其制作高性能光子芯片。相关成果日前发表于国际权威期刊《自然》。
      
　　随着全球集成电路产业发展进入“后摩尔时代”，集成电路芯片性能提升的难度和成本越来越高，迫切需要新的技术方案。近年来，以硅光技术和薄膜铌酸锂光子技术为代表的集成光电技术广受关注，被认为是应对这一瓶颈问题的颠覆性技术。美国哈佛大学等国外高校和研究机构甚至提出仿照“硅谷”模式，建设新一代“铌酸锂谷”的方案。
      
　　瞄准未来射频、光学芯片的发展方向，上海微系统所十年前开始布局异质集成XOI材料的研制。这是一种类似三明治的材料结构，最上层的X代表任意半导体，中间层是二氧化硅，底层是硅衬底。这种新材料有望取代传统微电子器件所依赖的硅单晶薄膜（SOI）。
      
　　9年前从德国留学归来后，欧欣就投入到异质集成XOI的探索中。欧欣团队与合作者通过研究发现，相较于薄膜铌酸锂，薄膜钽酸锂更易制备，且制备效率更高。同时，钽酸锂薄膜具有优异的电光转换特性、更强的抗光折变特性，这种先天的材料优势极大拓展了钽酸锂平台的光学设计自由度。此外，钽酸锂薄膜可实现低成本和规模化制造，具有极高的应用价值。
      
　　欧欣带领团队采用基于“万能离子刀”的异质集成技术，通过氢离子注入结合晶圆键合的方法，制备了钽酸锂异质晶圆。
      
　　据欧欣介绍，钽酸锂光子芯片展现出与铌酸锂薄膜相当的电光调制效率。研究团队首次在X切型电光平台中成功产生了孤子光学频率梳，结合其电光可调谐性质，有望在激光雷达、精密测量等方面实现应用。
      
　　近年来，由该研究团队孵化的上海新硅聚合半导体有限公司正全力推动异质集成材料关键技术的工程化和产业化。目前，团队正在攻关8英寸晶圆制备技术，为更大规模的国产光电集成芯片和移动终端射频滤波器芯片的发展奠定核心材料基础。

配图、荐稿：lry 2024—05-14  执行编辑：ych 2024-05-14  责任编辑：lxl 2024-05-15