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上海微系統(tǒng)所開(kāi)發(fā)新型光學(xué)“硅”與芯片技術(shù)
5月8日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱上海微系統(tǒng)所）的研究員歐欣團(tuán)隊(duì)聯(lián)手瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院托比亞斯·基彭貝格團(tuán)隊(duì)，在鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓及高性能光子芯片領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于《自然》。
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。歐欣團(tuán)隊(duì)與合作者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，相比于鈮酸鋰，單晶鉭酸鋰薄膜具有類似的優(yōu)異電光轉(zhuǎn)換特性，且在雙折射、透明窗口范圍、抗光折變、頻率梳產(chǎn)生等方面更具優(yōu)勢(shì)。此外，鉭酸鋰薄膜可實(shí)現(xiàn)低成本和規(guī)模化制造，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。
歐欣團(tuán)隊(duì)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。進(jìn)一步地，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，對(duì)應(yīng)器件的光學(xué)損耗普遍低于已報(bào)道晶圓級(jí)工藝下的鈮酸鋰波導(dǎo)損耗值。
鉭酸鋰光子芯片展現(xiàn)出與鈮酸鋰薄膜相當(dāng)?shù)碾姽庹{(diào)制效率，同時(shí)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)。
鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓及高性能光子芯片示意圖。圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
歐欣介紹：“相較于薄膜鈮酸鋰，薄膜鉭酸鋰更易制備，且制備效率更高。同時(shí)，鉭酸鋰薄膜具有更寬的透明窗口、強(qiáng)電光調(diào)制、弱雙折射、更強(qiáng)的抗光折變特性，這種先天的材料優(yōu)勢(shì)極大地?cái)U(kuò)展了鉭酸鋰平臺(tái)的光學(xué)設(shè)計(jì)自由度。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07369-1
