電子發燒友網報道（文/李寧遠）隨著電子電路集成度不斷提高，采用電信號來傳輸信息的手段在帶寬與能耗等方面逐漸受限，尤其是電信號在算力急速膨脹的發展推動下，其制約越來越明顯，電信號在傳輸損耗、功耗等方面劣勢明顯。

光信號成為解決該問題的熱門賽道，近年來受到了很多關注，相關技術成果也在推動光子芯片的產業化發展。不久前，中國科學院上海微系統與信息技術研究所團隊與瑞士洛桑聯邦理工學院團隊合作，在鉭酸鋰異質集成晶圓LTOI及高性能光子芯片制備領域取得突破性進展，實現了可批量制造的鉭酸鋰集成光子芯片。

可擴展性和成本更具優勢的LTOI

LTOI全名硅基鉭酸鋰異質晶圓，是集壓電、鐵電、熱釋電、聲光及電光等性能于一體的多功能晶體材料。硅基鉭酸鋰異質晶圓獨特的特性，讓其有著很高的應用價值。此前，硅基鉭酸鋰異質晶圓在熱釋電紅外探測器、諧振器、濾波器、換能器等設備中的應用得很多，屬于高端應用中的高價值材料。

但在光電技術領域，鉭酸鋰一直沒有鈮酸鋰受到的關注高。為應對集成電路芯片性能和成本瓶頸問題，薄膜鈮酸鋰光子技術在集成光電技術中更受青睞，并且已經在高性能濾波器、電光器件中被廣泛應用。

然而鈮酸鋰極高的成本也限制了其拓展更多應用，鉭酸鋰在這樣的背景下，近年來得到了越來越多的關注。鉭酸鋰具有和鈮酸鋰類似的優異電光質量，但在可擴展性和成本方面更具優勢。

此次光子芯片材料的突破，上海微系統所與合作團隊正是證明了單晶鉭酸鋰薄膜同樣具有優異的電光轉換特性，且在雙折射、透明窗口范圍、抗光折變、頻率梳產生等方面相比鈮酸鋰更具優勢。

此外，上海微系統所人員表示，硅基鉭酸鋰異質晶圓（LTOI）的制備工藝與絕緣體上的硅（SOI）更加接近，因此鉭酸鋰薄膜可實現低成本和規模化制造，具有極高的應用價值。這一突破表示在光通信和計算方面取得了重大進展，光子集成電路有機會在單個芯片上結合更多光學器件和功能。

異質集成XOI技術為器件帶來更高性能

上海微系統所在異質集成技術XOI上積累了深厚的經驗，異質集成技術XOI其實就是將不同材料、工藝和器件結構進行集成的技術，將多種材料優勢互補，如LTOI、SOI。這種技術可以充分利用不同功能材料特殊的能帶結構和物理性能，制造頻譜更寬闊、功能更豐富、性能更優異的微電子和光電子器件，也能實現分立器件的單芯片集成，推動電子系統向小型化、集成化方向發展。

此前上海微系統所另一研究團隊就在SOI上取得了進展，在300 mm SOI晶圓制造技術方面取得突破制備出了國內第一片300mmRF SOI晶圓。SOI技術讓寄生電容比原來少上一半，大大減少電流漏電降低整體功耗。

此次LOTI的突破，團隊通過鉭酸鋰薄膜與硅襯底結合起來，制備出了高質量硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質晶圓。該異質晶圓制備效率更高、難度更低、成本更低，同時具有強電光調制、弱雙折射、更寬的透明窗口、更強的抗光折變等特性，對應器件的光學損耗可以降低至5.6 dB m-1，有望在激光雷達、精密測量等領域帶來變革。

碳化硅薄膜（SiCOI）的制備技術也是異質集成XOI技術一個重點發展的領域，新型SiCOI在非線性光學和量子光學上的應用優勢以及高Q值、低損耗 SiCOI平臺能夠為光、電子器件提供更多功能集成。

小結

異質集成技術將不同功能的材料組合在一起，取長補短、優勢互補，集成出更好的電、光、聲、熱物理特性，是實現更高功率、更高頻率、更高速率的光子與電子器件的技術手段。在光子芯片領域，這一技術有著巨大的發展潛力。