隨著集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入“后摩爾時(shí)代”，集成電路芯片性能提升的難度和成本越來(lái)越高，人們迫切需要尋找新的技術(shù)方案。
當(dāng)前，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(duì)此瓶頸問(wèn)題的顛覆性技術(shù)。其中，鈮酸鋰有“光學(xué)硅”之稱，近年間受到了廣泛關(guān)注，哈佛大學(xué)等國(guó)外研究機(jī)構(gòu)甚至提出了仿照“硅谷”模式來(lái)建設(shè)新一代“鈮酸鋰谷”的方案。
近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所科研團(tuán)隊(duì)在鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓及高性能光子芯片領(lǐng)域也取得了突破性進(jìn)展，成功開(kāi)發(fā)出可批量制造的新型“光學(xué)硅”芯片。
與鈮酸鋰類似，該科研團(tuán)隊(duì)與合作者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(shì)。此外，硅基鉭酸鋰異質(zhì)晶圓(LTOI)的制備工藝與絕緣體上的硅(SOI)更加接近，因此鉭酸鋰薄膜可實(shí)現(xiàn)低成本和規(guī)?；圃?，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。
采用基于“萬(wàn)能離子刀”的異質(zhì)集成技術(shù)，通過(guò)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。同時(shí)，與合作團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，結(jié)合晶圓級(jí)流片工藝，成功制備出鉭酸鋰光子芯片。
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(shí)基于鉭酸鋰光子芯片，研究團(tuán)隊(duì)首次在X切型電光平臺(tái)中成功產(chǎn)生了孤子光學(xué)頻率梳，結(jié)合其電光可調(diào)諧性質(zhì)，有望在激光雷達(dá)、精密測(cè)量等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
值得一提的是，目前研究團(tuán)隊(duì)已攻關(guān)8英寸晶圓制備技術(shù)，為更大規(guī)模的國(guó)產(chǎn)光電集成芯片和移動(dòng)終端射頻濾波器芯片的發(fā)展奠定了核心材料基礎(chǔ)。
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)換和孤子頻率梳產(chǎn)生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(wèn)題提供解決方案，并在低溫量子、光計(jì)算、光通信等領(lǐng)域催生革命性技術(shù)。
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