電子發(fā)燒友網綜合報道 近日消息，上海交大無錫光子芯片研究院（CHIPX）取得重大進展，其在國內首個光子芯片中試線成功下線首片6英寸薄膜鈮酸鋰光子芯片晶圓，并同步實現了超低損耗、超高帶寬的高性能薄膜鈮酸鋰調制器芯片的規(guī)模化量產，該芯片的關鍵技術指標達到國際先進水平。

光子芯片關鍵技術突破

光子芯片也被稱為光子集成電路（Photonic Integrated Circuit，PIC），是一種基于光子學原理的集成電路芯片。它將光子器件集成在芯片上，實現光電子集成，利用光波（電磁波）作為信息傳輸或數據運算的載體，一般依托于集成光學或硅基光電子學中介質光波導來傳輸導模光信號，將光信號和電信號的調制、傳輸、解調等集成在同一塊襯底或芯片上。

光子芯片作為新一代信息技術的核心，能滿足人工智能、物聯網、云計算、生物醫(yī)藥等領域對傳輸、計算、存儲、顯示的技術需求。

然而此前，我國光量子技術因共性關鍵工藝技術平臺的缺失，面臨“實驗室成果難以量產”的困境，成為制約產業(yè)發(fā)展的“卡脖子”難題。上海交大無錫光子芯片研究院通過建設國內首條光子芯片中試線，成功攻克了這一難題。

上海交大無錫光子芯片研究院于2022年12月啟動中試線建設，2024年9月正式啟用集光子芯片研發(fā)、設計、加工和應用于一體的光子芯片中試線。如今，首片晶圓成功下線，標志著中試平臺實現量產通線。

薄膜鈮酸鋰調制器芯片是一種以薄膜鈮酸鋰為關鍵材料，利用電光效應實現光信號調制的高性能芯片，具備超快電光效應、高帶寬、低功耗等顯著優(yōu)勢，在5G通信、量子計算、光通信等領域展現出巨大潛力。

薄膜鈮酸鋰調制器芯片的工作原理是，基于電光效應工作，即某些晶體在外加電場作用下，其折射率會發(fā)生變化，當光波通過此介質時，其傳輸特性就會受到影響而改變。通過施加電壓來改變光信號的“相位”或強度，實現光信號的調制。例如，常見的薄膜鈮酸鋰電光調制器有相位調制器，其基本結構由兩個波導、兩個功分結構，以及射頻電極和直流電極構成。

然而，由于薄膜鈮酸鋰材料脆性大，大尺寸薄膜鈮酸鋰晶圓的制備一直存在挑戰(zhàn)。上海交大無錫光子芯片研究院引進了110余臺國際頂級CMOS工藝設備，構建了覆蓋薄膜鈮酸鋰晶圓從光刻、薄膜沉積、刻蝕、濕法、切割、量測到封裝的全閉環(huán)工藝鏈。

通過創(chuàng)新性開發(fā)芯片設計、工藝方案與設備系統的協同適配技術，成功打通了從光刻圖形化、精密刻蝕、薄膜沉積到封裝測試的全制程工藝，實現晶圓級光子芯片集成工藝的重大突破。在6英寸鈮酸鋰晶圓上實現了110nm高精度波導刻蝕，通過步進式（i-line）光刻完成了高均一性、納米級波導與復雜高性能電極結構的跨尺度集成，達到頂尖制程水平。

該芯片調制帶寬突破110GHz，突破國際高速光互連帶寬瓶頸；插入損耗<3.5dB，波導損耗<0.2dB/cm，顯著提升光傳輸效率；調制效率<1.9 V·cm，電光轉換效率大幅優(yōu)化。

量產能力和前景

上海交大無錫光子芯片研究院中試平臺具備年產12000片薄膜鈮酸鋰晶圓的量產能力，將為產業(yè)合作伙伴提供“低成本”、“快速迭代”、“規(guī)模化量產”的解決方案。

另外，研究院將發(fā)布工藝設計包（PDK），將薄膜鈮酸鋰晶圓制備的核心工藝參數與器件模型全面納入、開放共享，助力產業(yè)鏈企業(yè)快速完成從概念設計到流片驗證再到量產的全流程閉環(huán)，顯著縮短研發(fā)周期。

中試平臺不僅服務于光子芯片產業(yè)，還將與區(qū)域發(fā)展“雙向奔赴”，加速科技成果轉化落地，推動我國光子芯片核心器件從技術研發(fā)向產業(yè)化應用的實質性跨越。同時，研究院將圍繞芯、光、智、算等進行科技成果轉化及孵投一體的創(chuàng)業(yè)孵化，為光子計算、量子信息、6G通信、激光雷達等產業(yè)提供核心保障。