電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 近日消息，上海交大無錫光子芯片研究院（CHIPX）取得重大進(jìn)展，其在國(guó)內(nèi)首個(gè)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(shí)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(dá)到國(guó)際先進(jìn)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(shí)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(yùn)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(hào)，將光信號(hào)和電信號(hào)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(jì)算、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)鬏敗⒂?jì)算、存儲(chǔ)、顯示的技術(shù)需求。

然而此前，我國(guó)光量子技術(shù)因共性關(guān)鍵工藝技術(shù)平臺(tái)的缺失，面臨“實(shí)驗(yàn)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(guó)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(dòng)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(jì)、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(tái)實(shí)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(shí)現(xiàn)光信號(hào)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(shì)，在5G通信、量子計(jì)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(chǎng)作用下，其折射率會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)光波通過此介質(zhì)時(shí)，其傳輸特性就會(huì)受到影響而改變。通過施加電壓來改變光信號(hào)的“相位”或強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)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(gè)波導(dǎo)、兩個(gè)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(jìn)了110余臺(tái)國(guó)際頂級(jí)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(cè)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(jì)、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(cè)試的全制程工藝，實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)光子芯片集成工藝的重大突破。在6英寸鈮酸鋰晶圓上實(shí)現(xiàn)了110nm高精度波導(dǎo)刻蝕，通過步進(jìn)式（i-line）光刻完成了高均一性、納米級(jí)波導(dǎo)與復(fù)雜高性能電極結(jié)構(gòu)的跨尺度集成，達(dá)到頂尖制程水平。

該芯片調(diào)制帶寬突破110GHz，突破國(guó)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(tái)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)模化量產(chǎn)”的解決方案。

另外，研究院將發(fā)布工藝設(shè)計(jì)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(jì)到流片驗(yàn)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(tái)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(dòng)我國(guó)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(shí)質(zhì)性跨越。同時(shí)，研究院將圍繞芯、光、智、算等進(jìn)行科技成果轉(zhuǎn)化及孵投一體的創(chuàng)業(yè)孵化，為光子計(jì)算、量子信息、6G通信、激光雷達(dá)等產(chǎn)業(yè)提供核心保障。