上海科研團隊開發可批量製造的新型光學「矽」與芯片技術 具有極高應用價值
圖說：歐欣研究員團隊成果示意圖 來源：受訪者供圖新民晚報訊（記者 郜陽）隨著全球集成電路產業發展進入「後摩亞時代」，集成電路芯片性能提升的難度和成本越來越高，人們迫切尋找新的技術方案。香港時間8日深夜，國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）發表了中國科學院上海微系統與信息技術研究所的最新成果，該所歐欣研究員團隊在鉭酸鋰異質集成晶圓及高性能光子芯片領域取得突破性進展。
據介紹，以矽光技術和薄膜铌酸鋰光子技術為代表的集成光電技術是應對芯片性能瓶頸問題的顛覆性技術。其中，铌酸鋰有「光學矽」之稱，近年間受到了廣泛關注，哈佛大學等國外研究機構甚至提出了仿照「矽谷」模式來建設新一代「铌酸鋰穀」的方案。
與铌酸鋰類似，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、透明窗口範圍、抗光折變、頻率梳產生等方面相比铌酸鋰更具優勢。此外，矽基鉭酸鋰異質晶圓（LTOI）的製備工藝與絕緣體上的矽（SOI）更加接近，因此鉭酸鋰薄膜可實現低成本和規模化製造，具有極高的應用價值。
記者瞭解到，鉭酸鋰晶體目前在聲學濾波器、光電子、光通信以及激光領域應用廣泛。受益於技術與應用研究不斷深入，鉭酸鋰晶體行業發展空間不斷擴大。然而長期以來，日本佔據全球鉭酸鋰晶體市場主導地位，在技術壁壘高、原材料成本高等因素影響下，此前我國鉭酸鋰晶體依賴度較高。
歐欣團隊採用基於「萬能離子刀」的異質集成技術，通過氫離子注入結合晶圓鍵合的方法，製備了高質量矽基鉭酸鋰單晶薄膜異質晶圓；進一步，與瑞士洛桑聯邦理工學院托比亞斯·基彭伯格團隊聯合開發了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法。
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，並驗證了可以應用於整個通信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铌酸鋰薄膜相當的電光調製效率，同時研究團隊首次在X切型鉭酸鋰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、精密測量等方面實現應用。
值得一提的是，目前研究團隊已攻關8英吋薄膜鉭酸鋰晶圓製備技術，為更大規模的國產光電集成芯片和移動終端射頻濾波器芯片的發展奠定了核心材料基礎。
「相較於薄膜铌酸鋰，薄膜鉭酸鋰更易製備，且製備效率更高。同時，鉭酸鋰薄膜具有更寬的透明窗口、強電光調製、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展了鉭酸鋰平台的光學設計自由度。」論文通訊作者、歐欣研究員介紹。
據悉，近十年來，上海微系統所歐欣研究員帶領的異質集成團隊集中突破高品質單晶薄膜製備及異質集成共性技術，同時重點佈局基於異質集成材料的5G/6G高頻聲學射頻濾波器、高速集成光子器件及高功率電子器件技術。異質集成團隊孵化的上海新矽聚合半導體有限公司正全力推動異質集成材料關鍵技術的工程化和產業化，為國內相關領域實現自主創新發展奠定了異質集成材料基礎。
