根据周三知名期刊《自然》刊出的研究论文,中国科研人员成功开发出可大量制造的新型光学硅,来自上海微系统与信息技术研究所的团队,在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片设备领域取得突破性进展。
中国《科技日报》报导,随着集成电路产业发展进入「后摩尔时代」,集成电路晶圆性能提升的难度和成本越来越高,人们迫切需要寻找新的技术方案。
以硅光技术和薄膜铌酸锂光子技术为代表的集成光电技术,是应对这一瓶颈的颠覆性技术,其中铌酸锂有光学硅之称,近年受到广泛关注,哈佛大学等国外研究机构甚至提出仿照硅谷模式来建设新一代「铌酸锂谷」的方案。
异质集成硅基铌酸锂平台是发展多功能微电子芯片的物理载体,可广泛用于5G/6G通信射频滤波芯片、大语言模型时代下数据中心的光子芯片、高性能铁电储存芯片和量子芯片,哈佛大学等机构也凭借着薄膜铌酸锂异质集成技术掀起了新的信息科技浪潮。
论文共同通讯作者、中国科学院上海微系统所研究员欧欣表示,与瑞士洛桑联邦理工学院Tobias Kippenberg团队的研究证明,单晶钽酸锂薄膜同样具有优异的电光转换特性,甚至在某些方面比铌酸锂更具优势。 更重要的是,硅基钽酸锂异质晶圆的制程技术与绝缘体上硅晶圆制程技术更接近,因此钽酸锂薄膜可实现低成本和规模化制造,具有极高的应用价值。
欧欣还指出,钽酸锂薄膜具有更宽的透明窗口、强电光调制、弱双折射、更强的抗光折变特性,这种先天的材料优势极大地扩展钽酸锂平台的光学设计自由度。 此外,钽酸锂光子芯片展现出极低光学损耗、高效电光转换等特性,有望为突破通讯领域速度、功耗、频率和带宽四大瓶颈问题提供解决方案,并在低温量子、光计算、光通信等领域催生革命性技术。
上海微系统与信息技术研究所的科研团队旗下的上海新硅聚合半导体有限公司,已具备薄膜钽酸锂异质晶圆量产能力,并成功攻破8寸晶圆制程技术,为国产光电集成芯片和移动终端射频滤波器芯片更大规模的发展奠定了核心材料基础。
此外,中国的一些城市已在光子芯片领域展现强大潜力和实力,武汉、西安、苏州、无锡被称为四大「光子之城」,例如武汉是全国较早进行光电产业基地规划与布局的城市,也是我国光子产业的领先先锋和产业高地。 当地以「中国光谷」建设为引领,加速光子产业布局,光子产业主体总量突破 19.1 万户,建成全球最大的光纤光缆产业基地,未来将打造以光电子信息技术为基础、未来产业与经济社会深度融合的「世界光谷」。