電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）隨著電子電路集成度不斷提高，采用電信號(hào)來(lái)傳輸信息的手段在帶寬與能耗等方面逐漸受限，尤其是電信號(hào)在算力急速膨脹的發(fā)展推動(dòng)下，其制約越來(lái)越明顯，電信號(hào)在傳輸損耗、功耗等方面劣勢(shì)明顯。

光信號(hào)成為解決該問(wèn)題的熱門賽道，近年來(lái)受到了很多關(guān)注，相關(guān)技術(shù)成果也在推動(dòng)光子芯片的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。不久前，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)合作，在鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓LTOI及高性能光子芯片制備領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了可批量制造的鉭酸鋰集成光子芯片。

可擴(kuò)展性和成本更具優(yōu)勢(shì)的LTOI

LTOI全名硅基鉭酸鋰異質(zhì)晶圓，是集壓電、鐵電、熱釋電、聲光及電光等性能于一體的多功能晶體材料。硅基鉭酸鋰異質(zhì)晶圓獨(dú)特的特性，讓其有著很高的應(yīng)用價(jià)值。此前，硅基鉭酸鋰異質(zhì)晶圓在熱釋電紅外探測(cè)器、諧振器、濾波器、換能器等設(shè)備中的應(yīng)用得很多，屬于高端應(yīng)用中的高價(jià)值材料。

但在光電技術(shù)領(lǐng)域，鉭酸鋰一直沒有鈮酸鋰受到的關(guān)注高。為應(yīng)對(duì)集成電路芯片性能和成本瓶頸問(wèn)題，薄膜鈮酸鋰光子技術(shù)在集成光電技術(shù)中更受青睞，并且已經(jīng)在高性能濾波器、電光器件中被廣泛應(yīng)用。

然而鈮酸鋰極高的成本也限制了其拓展更多應(yīng)用，鉭酸鋰在這樣的背景下，近年來(lái)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。鉭酸鋰具有和鈮酸鋰類似的優(yōu)異電光質(zhì)量，但在可擴(kuò)展性和成本方面更具優(yōu)勢(shì)。

此次光子芯片材料的突破，上海微系統(tǒng)所與合作團(tuán)隊(duì)正是證明了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，上海微系統(tǒng)所人員表示，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。這一突破表示在光通信和計(jì)算方面取得了重大進(jìn)展，光子集成電路有機(jī)會(huì)在單個(gè)芯片上結(jié)合更多光學(xué)器件和功能。

異質(zhì)集成XOI技術(shù)為器件帶來(lái)更高性能

上海微系統(tǒng)所在異質(zhì)集成技術(shù)XOI上積累了深厚的經(jīng)驗(yàn)，異質(zhì)集成技術(shù)XOI其實(shí)就是將不同材料、工藝和器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行集成的技術(shù)，將多種材料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，如LTOI、SOI。這種技術(shù)可以充分利用不同功能材料特殊的能帶結(jié)構(gòu)和物理性能，制造頻譜更寬闊、功能更豐富、性能更優(yōu)異的微電子和光電子器件，也能實(shí)現(xiàn)分立器件的單芯片集成，推動(dòng)電子系統(tǒng)向小型化、集成化方向發(fā)展。

此前上海微系統(tǒng)所另一研究團(tuán)隊(duì)就在SOI上取得了進(jìn)展，在300 mm SOI晶圓制造技術(shù)方面取得突破制備出了國(guó)內(nèi)第一片300mmRF SOI晶圓。SOI技術(shù)讓寄生電容比原來(lái)少上一半，大大減少電流漏電降低整體功耗。

此次LOTI的突破，團(tuán)隊(duì)通過(guò)鉭酸鋰薄膜與硅襯底結(jié)合起來(lái)，制備出了高質(zhì)量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質(zhì)晶圓。該異質(zhì)晶圓制備效率更高、難度更低、成本更低，同時(shí)具有強(qiáng)電光調(diào)制、弱雙折射、更寬的透明窗口、更強(qiáng)的抗光折變等特性，對(duì)應(yīng)器件的光學(xué)損耗可以降低至5.6 dB m-1，有望在激光雷達(dá)、精密測(cè)量等領(lǐng)域帶來(lái)變革。

碳化硅薄膜（SiCOI）的制備技術(shù)也是異質(zhì)集成XOI技術(shù)一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域，新型SiCOI在非線性光學(xué)和量子光學(xué)上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以及高Q值、低損耗 SiCOI平臺(tái)能夠?yàn)楣?、電子器件提供更多功能集成?br />
小結(jié)

異質(zhì)集成技術(shù)將不同功能的材料組合在一起，取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，集成出更好的電、光、聲、熱物理特性，是實(shí)現(xiàn)更高功率、更高頻率、更高速率的光子與電子器件的技術(shù)手段。在光子芯片領(lǐng)域，這一技術(shù)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br />