高性能光子晶片領域新突破！中國科研人員開發出新型「光學矽」
鉅亨網新聞中心 2024-05-09 15:35
根據周三 (8 日) 知名期刊《自然》刊出的研究論文，中國科研人員成功開發出可大量製造的新型「光學矽」，來自上海微系統與資訊技術研究所的團隊，在鉭酸鋰異質集成晶圓及高性能光子晶片設備領域取得突破性進展。
中國《科技日報》報導，隨著積體電路產業發展進入「後摩爾時代」，積體電路晶圓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。
以矽光技術和薄膜鈮酸鋰光子技術為代表的集成光電技術，是應對這一瓶頸的顛覆性技術，其中鈮酸鋰 (LiNbO3) 有「光學矽」之稱，近年受到廣泛關注，哈佛大學等國外研究機構甚至提出仿照「矽谷」模式來建設新一代「鈮酸鋰谷」的方案。
異質集成矽基铌酸鋰平台是發展多功能微電子晶片的物理載體，可廣泛用於 5G/6G 通信射頻濾波晶片、大語言模型 (LLM) 時代下資料中心的光子晶片、高性能鐵電儲存晶片和量子晶片，哈佛大學等機構也憑藉著薄膜铌酸鋰異質集成技術掀起了新的資訊科技浪潮。
論文共同通訊作者、中國科學院上海微系統所研究員歐欣表示，與瑞士洛桑聯邦理工學院 Tobias Kippenberg 團隊的研究證明，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。更重要的是，矽基鉭酸鋰異質晶圓的製程技術與絕緣體上矽晶圓製程技術更接近，因此鉭酸鋰薄膜可實現低成本和規模化製造，具有極高的應用價值。
歐欣還指出，鉭酸鋰薄膜具有更寬的透明窗口、強電光調製、弱雙折射、更強的抗光折變特性，這種先天的材料優勢極大地擴展鉭酸鋰平台的光學設計自由度。此外，鉭酸鋰光子晶片展現出極低光學損耗、高效電光轉換等特性，有望為突破通訊領域速度、功耗、頻率和頻寬四大瓶頸問題提供解決方案，並在低溫量子、光計算、光通信等領域催生革命性技術。
上海微系統與資訊技術研究所的科研團隊旗下的上海新矽聚合半導體有限公司，已具備薄膜鉭酸鋰異質晶圓量產能力，並成功攻破 8 吋晶圓製程技術，為國產光電集成晶片和移動終端射頻濾波器晶片更大規模的發展奠定了核心材料基礎。
此外，中國的一些城市已在光子晶片領域展現強大潛力和實力，武漢、西安、蘇州、無錫被稱為四大「光子之城」，例如武漢是全國較早進行光電產業基地規劃與佈局的城市，也是我國光子產業的領先先鋒和產業高地。當地以「中國光谷」建設為引領，加速光子產業佈局，光子產業主體總量突破 19.1 萬戶，建成全球最大的光纖光纜產業基地，未來將打造以光電子資訊技術為基礎、未來產業與經濟社會深度融合的「世界光谷」。
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