5月8日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所（以下簡稱上海微系統(tǒng)所）研究員歐欣團隊與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院tobias kippenberg團隊合作，在鉭酸鋰異質集成晶圓及高性能光子芯片制備領域取得突破性進展。上海微系統(tǒng)所已率先攻關8英寸晶圓制備技術，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。相關成果以《可批量制造的鉭酸鋰集成光子芯片》（lithium tantalate photonic integrated circuits for volume manufacturing）為題，發(fā)表于國際學術期刊《自然》。

鉭酸鋰異質集成晶圓及高性能光子芯片示意圖

隨著全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入“后摩爾時代”，集成電路芯片性能提升的難度和成本越來越高，人們迫切需要尋找新的技術方案。以硅光技術和薄膜鈮酸鋰光子技術為代表的集成光電技術成為應對此瓶頸問題的顛覆性技術。

其中，鈮酸鋰被稱為光子時代的“光學硅”材料，因其自身機械性能穩(wěn)定、易加工、耐高溫、抗腐蝕、原材料來源豐富、價格低廉、易生長成大晶體的優(yōu)點，被廣泛應用于高性能濾波器、電光器件、全息存儲、3d全息顯示、非線性光學器件、光量子通信等領域。

與鈮酸鋰類似，歐欣團隊與合作者研究證明單晶鉭酸鋰薄膜同樣具有優(yōu)異的電光轉換特性，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。此外，硅基鉭酸鋰異質晶圓（ltoi）的制備工藝與絕緣體上的硅（soi）更加接近，因此，鉭酸鋰薄膜可實現(xiàn)低成本和規(guī)?；圃?，具有極高的應用價值。

歐欣團隊采用基于“萬能離子刀”的異質集成技術，通過離子注入結合晶圓鍵合的方法，制備了高質量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質晶圓。進一步，與合作團隊聯(lián)合開發(fā)了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，對應器件的光學損耗低于已知的晶圓級鈮酸鋰波導的最低損耗值。

（a）硅基鉭酸鋰異質晶圓（b）薄膜鉭酸鋰光學波導制備工藝及波導的掃描透鏡顯微鏡（sem）

結合晶圓級流片工藝，研究人員探索了鉭酸鋰材料內(nèi)低雙折射對于模式交叉的有效抑制，并驗證了可以應用于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(xiàn)出與鈮酸鋰薄膜相當?shù)碾姽庹{(diào)制效率，同時基于鉭酸鋰光子芯片，研究團隊首次在x切型電光平臺中成功產(chǎn)生了孤子光學頻率梳，結合其電光可調(diào)諧性質，有望在激光雷達、精密測量等方面實現(xiàn)應用。

（a）薄膜鉭酸鋰電光調(diào)制器；

（b）首次實現(xiàn)x切型鉭酸鋰上的克爾孤子光頻梳8英寸硅基薄膜鉭酸鋰晶圓制備

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、強電光調(diào)制、弱雙折射、更強的抗光折變特性，這種先天的材料優(yōu)勢極大地擴展了鉭酸鋰平臺的光學設計自由度。