近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員蔡艷、歐欣合作，利用上海微技術(shù)工業(yè)研究院標準180納米硅光工藝在八英寸絕緣體上硅（SOI）上制備了硅光芯片，再基于“離子刀”異質(zhì)集成技術(shù)，通過直接鍵合的方式實現(xiàn)鈮酸鋰（LN）與SOI晶圓的異質(zhì)集成，并通過干法刻蝕技術(shù)實現(xiàn)了硅光芯片波導(dǎo)與鈮酸鋰電光調(diào)制器的單片式混合集成，制備出通信波段馬赫-曾德爾干涉儀型硅基鈮酸鋰高速電光調(diào)制器。相關(guān)研究成果將在2024年美國激光及光電子學(xué)會議（CLEO）上作口頭報告。
▲“離子刀”異質(zhì)集成技術(shù)實現(xiàn)大尺寸晶圓級硅基鈮酸鋰異質(zhì)集成材料與芯片制備示意圖。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所供圖
得益于優(yōu)良的材料質(zhì)量和器件制備技術(shù)，器件在10Hz至1MHz頻率范圍內(nèi)的三角波電壓信號下的調(diào)制效率穩(wěn)定，在測量頻率范圍內(nèi)器件保持穩(wěn)定的半波電壓-長度積（VpiL）值。同時，器件具備較好的低直流漂移特性，證明薄膜鈮酸鋰材料和氧化硅包層的沉積質(zhì)量較好、缺陷較少。調(diào)制器的光眼圖測試結(jié)果顯示，在非歸零調(diào)制信號下傳輸速率達到88 Gbit/s，四電平脈沖幅度調(diào)制（PAM-4）信號下傳輸速率達到176 Gbit/s。
據(jù)了解，研究團隊通過“萬能離子刀”技術(shù)，在國際上率先實現(xiàn)鈮酸鋰單晶薄膜與八英寸硅光芯片異質(zhì)集成，兩者結(jié)合展現(xiàn)出優(yōu)良的電光調(diào)制性能。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所異質(zhì)集成晶圓團隊目前已驗證該工藝路線進一步擴展至八英寸的可行性，未來可實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化制備。
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