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我国学者与海外合作者在可批量制造的钽酸锂薄膜异质晶圆与光子芯片技术方面取得进展

日期: 2024-06-06
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来源:国家自然科学基金委员会


在国家自然科学基金项目(批准号:62293521)资助下,中国科学院上海微系统与信息技术研究所欧欣研究员团队联手瑞士洛桑联邦理工学院Tobias J. Kippenberg团队,在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片制备领域取得突破性进展,相关成果以《可批量制造的钽酸锂集成光子芯片》(Lithium tantalate photonic integrated circuits for volume manufacturing)为题,于2024年5月8日发表在《自然》(Nature)上,论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07369-1。

与铌酸锂类似,欧欣团队与合作者研究证明单晶钽酸锂薄膜同样具有优异的电光转换特性,且在双折射、透明窗口范围、抗光折变、频率梳产生等方面相比铌酸锂更具优势。此外,硅基钽酸锂异质晶圆(LTOI)的制备工艺与绝缘体上的硅(SOI)更加接近,因此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。并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降低至5.6 dB m-1。结合晶圆级流片工艺,研究人员探索了钽酸锂材料内低双折射对于模式交叉的有效抑制,并验证了可以应用于整个通信波段的钽酸锂光子微腔谐振器。钽酸锂光子芯片不仅展现出与铌酸锂薄膜相当的电光调制效率,同时基于钽酸锂光子芯片,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。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。



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