電子發(fā)燒友網(wǎng)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(nèi)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(xiàn)了超低損耗、超高帶寬的高性能薄膜鈮酸鋰調(diào)制器芯片的規(guī)模化量產(chǎn)，該芯片的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平。

光子芯片關(guān)鍵技術(shù)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(xué)原理的集成電路芯片。它將光子器件集成在芯片上，實現(xiàn)光電子集成，利用光波（電磁波）作為信息傳輸或數(shù)據(jù)運算的載體，一般依托于集成光學(xué)或硅基光電子學(xué)中介質(zhì)光波導(dǎo)來傳輸導(dǎo)模光信號，將光信號和電信號的調(diào)制、傳輸、解調(diào)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(shù)的核心，能滿足人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)鬏?、計算、存儲、顯示的技術(shù)需求。

然而此前，我國光量子技術(shù)因共性關(guān)鍵工藝技術(shù)平臺的缺失，面臨“實驗室成果難以量產(chǎn)”的困境，成為制約產(chǎn)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(shè)國內(nèi)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(shè)，2024年9月正式啟用集光子芯片研發(fā)、設(shè)計、加工和應(yīng)用于一體的光子芯片中試線。如今，首片晶圓成功下線，標(biāo)志著中試平臺實現(xiàn)量產(chǎn)通線。

薄膜鈮酸鋰調(diào)制器芯片是一種以薄膜鈮酸鋰為關(guān)鍵材料，利用電光效應(yīng)實現(xiàn)光信號調(diào)制的高性能芯片，具備超快電光效應(yīng)、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(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。

薄膜鈮酸鋰調(diào)制器芯片的工作原理是，基于電光效應(yīng)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(dāng)光波通過此介質(zhì)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(xiàn)光信號的調(diào)制。例如，常見的薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器有相位調(diào)制器，其基本結(jié)構(gòu)由兩個波導(dǎo)、兩個功分結(jié)構(gòu)，以及射頻電極和直流電極構(gòu)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(shè)備，構(gòu)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(shè)計、工藝方案與設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)同適配技術(shù)，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(xiàn)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(xiàn)了110nm高精度波導(dǎo)刻蝕，通過步進式（i-line）光刻完成了高均一性、納米級波導(dǎo)與復(fù)雜高性能電極結(jié)構(gòu)的跨尺度集成，達到頂尖制程水平。

該芯片調(diào)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(dǎo)損耗<0.2dB/cm，顯著提升光傳輸效率；調(diào)制效率<1.9 V·cm，電光轉(zhuǎn)換效率大幅優(yōu)化。

量產(chǎn)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(chǎn)12000片薄膜鈮酸鋰晶圓的量產(chǎn)能力，將為產(chǎn)業(yè)合作伙伴提供“低成本”、“快速迭代”、“規(guī)?；慨a(chǎn)”的解決方案。

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

中試平臺不僅服務(wù)于光子芯片產(chǎn)業(yè)，還將與區(qū)域發(fā)展“雙向奔赴”，加速科技成果轉(zhuǎn)化落地，推動我國光子芯片核心器件從技術(shù)研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的實質(zhì)性跨越。同時，研究院將圍繞芯、光、智、算等進行科技成果轉(zhuǎn)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(chǎn)業(yè)提供核心保障。