上海微系统所开发新型光学“硅”与芯片技术

5月8日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所（以下简称上海微系统所）的研究员欧欣团队联手瑞士洛桑联邦理工学院托比亚斯·基彭贝格团队，在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片领域取得突破性进展，相关成果发表于《自然》。

铌酸锂有“光学硅”之称，近年间受到了广泛关注，哈佛大学等国外研究机构甚至提出了仿照“硅谷”模式来建设新一代“铌酸锂谷”的方案。欧欣团队与合作者通过研究发现，相比于铌酸锂，单晶钽酸锂薄膜具有类似的优异电光转换特性，且在双折射、透明窗口范围、抗光折变、频率梳产生等方面更具优势。此外，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。

欧欣团队采用基于“万能离子刀”的异质集成技术，通过氢离子注入结合晶圆键合的方法，制备了高质量硅基钽酸锂单晶薄膜异质晶圆。进一步地，与合作团队联合开发了超低损耗钽酸锂光子器件微纳加工方法，对应器件的光学损耗普遍低于已报道晶圆级工艺下的铌酸锂波导损耗值。

钽酸锂光子芯片展现出与铌酸锂薄膜相当的电光调制效率，同时研究团队首次在X切型电光平台中成功产生了孤子光学频率梳，结合其电光可调谐性质，有望在激光雷达、精密测量等方面实现应用。值得一提的是，目前研究团队已攻关8英寸晶圆制备技术，为更大规模的国产光电集成芯片和移动终端射频滤波器芯片的发展奠定了核心材料基础。

钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片示意图。图片来源于中国科学院上海微系统与信息技术研究所

欧欣介绍：“相较于薄膜铌酸锂，薄膜钽酸锂更易制备，且制备效率更高。同时，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了钽酸锂平台的光学设计自由度。” 

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07369-1