上海微系統(tǒng)所開發(fā)新型光學(xué)“硅”與芯片技術(shù)
5月8日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（以下簡稱上海微系統(tǒng)所）的研究員歐欣團(tuán)隊聯(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，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)等國外研究機(jī)構(gòu)甚至提出了仿照“硅谷”模式來建設(shè)新一代“鈮酸鋰谷”的方案。歐欣團(tuán)隊與合作者通過研究發(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。此外，鉭酸鋰薄膜可實現(xiàn)低成本和規(guī)模化制造，具有極高的應(yīng)用價值。
歐欣團(tuán)隊采用基于“萬能離子刀”的異質(zhì)集成技術(shù)，通過氫離子注入結(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)隊聯(lián)合開發(fā)了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，對應(yīng)器件的光學(xué)損耗普遍低于已報道晶圓級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，同時研究團(tuán)隊首次在X切型電光平臺中成功產(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)、精密測量等方面實現(xiàn)應(yīng)用。值得一提的是，目前研究團(tuán)隊已攻關(guān)8英寸晶圓制備技術(shù)，為更大規(guī)模的國產(chǎn)光電集成芯片和移動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。圖片來源于中國科學(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，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)勢極大地擴(kuò)展了鉭酸鋰平臺的光學(xué)設(shè)計自由度。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07369-1
