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隨著集成電路產業發展進入“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。近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所科研團隊在鉭酸鋰異質集成晶圓及高性能光子芯片領域取得突破性進展，成功開發出可批量制造的新型“光學硅”芯片。相關研究成果8日在線發表于《自然》雜志。
當前，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是應對集成電路芯片性能提升瓶頸問題的顛覆性技術。其中，鈮酸鋰有“光學硅”之稱，近年間受到廣泛關注，哈佛大學等國外研究機構甚至提出了仿照“硅谷”模式來建設新一代“鈮酸鋰谷”的方案。
“與鈮酸鋰類似，鉭酸鋰也可以被稱為‘光學硅’，我們與合作者研究證明，單晶鉭酸鋰薄膜同樣具有優異的電光轉換特性，甚至在某些方面比鈮酸鋰更具優勢。”論文共同通訊作者、中國科學院上海微系統所研究員歐欣說，更重要的是，硅基鉭酸鋰異質晶圓的制備工藝與絕緣體上硅晶圓制備工藝更加接近，因此鉭酸鋰薄膜可實現低成本和規模化制造，具有極高的應用價值。
此次，科研團隊采用基于“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；同時，與合作團隊聯合開發了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，成功制備出鉭酸鋰光子芯片。
值得一提的是，目前科研團隊已攻關8英寸晶圓制備技術，為更大規模的國產光電集成芯片和移動終端射頻濾波器芯片的發展奠定了核心材料基礎。
歐欣表示，鉭酸鋰光子芯片展現出極低光學損耗、高效電光轉換等特性，有望為突破通信領域速度、功耗、頻率和帶寬四大瓶頸問題提供解決方案，并在低溫量子、光計算、光通信等領域催生革命性技術。
記者 陸成寬
（中國科學院上海微系統所供圖）
