近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的科研團(tuán)隊(duì)在集成電路芯片領(lǐng)域取得了重大突破。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入“后摩爾時(shí)代”，集成電路芯片性能的提升變得越來(lái)越困難和昂貴，人們急需尋找新的技術(shù)方案。
該團(tuán)隊(duì)在鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓及高性能光子芯片領(lǐng)域成功開(kāi)發(fā)出一種可批量制造的新型“光學(xué)硅”芯片。相關(guān)研究成果于8日在線發(fā)表于《自然》雜志。
▲圖片/中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
光子芯片是一種利用光子替代傳統(tǒng)電子來(lái)處理和傳輸信息的技術(shù)。它具有傳輸速度快、能耗低、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在信息通信、數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。然而，由于傳統(tǒng)光子芯片材料的限制，目前發(fā)展受到了一定的制約。
“光學(xué)硅”芯片的研發(fā)填補(bǔ)了這一空白。鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓是一種新型芯片材料，它將光學(xué)硅和鉭酸鋰材料有機(jī)地結(jié)合在一起，兼具了光學(xué)硅的高光學(xué)性能和鉭酸鋰的優(yōu)異光電性能。通過(guò)先進(jìn)的制造工藝，該團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)“光學(xué)硅”芯片的批量生產(chǎn)。
當(dāng)前，以硅光技術(shù)和薄膜鈮酸鋰光子技術(shù)為代表的集成光電技術(shù)是應(yīng)對(duì)集成電路芯片性能提升瓶頸問(wèn)題的顛覆性技術(shù)。其中，鈮酸鋰有“光學(xué)硅”之稱(chēng)，近年間受到廣泛關(guān)注，哈佛大學(xué)等國(guó)外研究機(jī)構(gòu)甚至提出了仿照“硅谷”模式來(lái)建設(shè)新一代“鈮酸鋰谷”的方案。
“與鈮酸鋰類(lèi)似，鉭酸鋰也可以被稱(chēng)為‘光學(xué)硅’， 我們與合作者研究證明，單晶鉭酸鋰薄膜同樣具有優(yōu)異的電光轉(zhuǎn)換特性，甚至在某些方面比鈮酸鋰更具優(yōu)勢(shì)?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡摺⒅袊?guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所研究員歐欣說(shuō)，更重要的是，硅基鉭酸鋰異質(zhì)晶圓的制備工藝與絕緣體上硅晶圓制備工藝更加接近，因此鉭酸鋰薄膜可實(shí)現(xiàn)低成本和規(guī)?；圃欤哂袠O高的應(yīng)用價(jià)值。
此次，科研團(tuán)隊(duì)采用基于“萬(wàn)能離子刀”的異質(zhì)集成技術(shù)，通過(guò)離子注入結(jié)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;同時(shí)，與合作團(tuán)隊(duì)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，成功制備出鉭酸鋰光子芯片。
歐欣表示，鉭酸鋰光子芯片展現(xiàn)出極低光學(xué)損耗、高效電光轉(zhuǎn)換等特性，有望為突破通信領(lǐng)域速度、功耗、頻率和帶寬四大瓶頸問(wèn)題提供解決方案，并在低溫量子、光計(jì)算、光通信等領(lǐng)域催生革命性技術(shù)。
該團(tuán)隊(duì)的研究成果對(duì)于推動(dòng)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。目前，集成電路已經(jīng)成為現(xiàn)代信息社會(huì)的核心技術(shù)之一，提升芯片性能是推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。通過(guò)開(kāi)發(fā)新型材料和技術(shù)方案，可以為我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)注入新的活力，推動(dòng)其邁向更高水平。
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