中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所研究員歐欣團隊聯(lián)合瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的托比亞斯·基彭貝格團隊，在鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓及高性能光子芯片制備領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。相關(guān)成果5月8日發(fā)表于《自然》。
近年來(lái)，鈮酸鋰受到廣泛關(guān)注，有“光學(xué)硅”之稱(chēng)，美國哈佛大學(xué)等國外高校和研究機構甚至提出仿照“硅谷”模式建設新一代“鈮酸鋰谷”的方案。
歐欣團隊與合作者通過(guò)研究發(fā)現，相比于鈮酸鋰，單晶鉭酸鋰薄膜不僅具有類(lèi)似的優(yōu)異電光轉換特性，并且在雙折射、透明窗口范圍、抗光折變、頻率梳產(chǎn)生等方面更具優(yōu)勢。此外，鉭酸鋰薄膜可實(shí)現低成本和規模化制造，具有極高的應用價(jià)值。
歐欣團隊采用基于“萬(wàn)能離子刀”的異質(zhì)集成技術(shù)，通過(guò)氫離子注入結合晶圓鍵合的方法，制備了高質(zhì)量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質(zhì)晶圓。他們還與合作團隊聯(lián)合開(kāi)發(fā)了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，對應器件的光學(xué)損耗普遍低于已報道晶圓級工藝下的鈮酸鋰波導損耗值。
鉭酸鋰光子芯片展現出與鈮酸鋰薄膜相當的電光調制效率，同時(shí)研究團隊首次在X切型電光平臺中成功產(chǎn)生了孤子光學(xué)頻率梳，結合其電光可調諧性質(zhì)，有望在激光雷達、精密測量等方面實(shí)現應用。目前，研究團隊在攻關(guān)8英寸晶圓制備技術(shù)，以為更大規模的國產(chǎn)光電集成芯片和移動(dòng)終端射頻濾波器芯片的發(fā)展奠定核心材料基礎。
歐欣介紹：“相較于薄膜鈮酸鋰，薄膜鉭酸鋰更易制備，且制備效率更高。同時(shí)，鉭酸鋰薄膜具有更寬的透明窗口、強電光調制、弱雙折射、更強的抗光折變特性，這種先天的材料優(yōu)勢極大地拓展了鉭酸鋰平臺的光學(xué)設計自由度。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07369-1
（原載于《中國科學(xué)報》 2024-05-09 第1版 要聞）
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