近日，上海交通大學(xué)無錫光子芯片研究院電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道。（CHIPX）在國內(nèi)首個光子芯片中試線成功下線，取得了重大進(jìn)展。 6 該芯片的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，同時完成了消耗極低、帶寬超高的高性能薄膜φ酸鋰調(diào)制器芯片的大規(guī)模量產(chǎn)。

突破光子芯片核心技術(shù)

光子芯片又稱光子集成電路（Photonic Integrated Circuit，PIC），它是一種基于光子學(xué)原理的集成電路芯片。這樣就可以將光子器件集成到芯片上，實現(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，一般依靠集成光學(xué)或硅基光電子中介質(zhì)光波導(dǎo)來傳輸模具光信號，將光信號和電信號的調(diào)配、傳輸、解調(diào)等集成到同一個襯底或芯片上。

作為新一代信息技術(shù)的關(guān)鍵，光子芯片可以滿足人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)鬏?、計算、存儲和顯示的技術(shù)需求。

然而，在此之前，由于缺乏共性關(guān)鍵技術(shù)平臺，中國光量子技術(shù)面臨著“試驗室成果難以量產(chǎn)”的困境，成為制約行業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問題。上海交通大學(xué)無錫光子芯片研究院通過建設(shè)國內(nèi)首條光子芯片試線，成功克服了這一問題。

上海交通大學(xué)無錫光子芯片研究所 2022 年 12 每月啟動中試線建設(shè)，2024 年 9 集光子芯片R&D、設(shè)計、加工和應(yīng)用于一體的光子芯片試線正式啟用。如今，第一個晶圓的成功下線意味著測試平臺實現(xiàn)了量產(chǎn)線。

膜酸鋰調(diào)制器芯片是一種以膜酸鋰為關(guān)鍵材料，利用電光效應(yīng)實現(xiàn)光信號調(diào)制的高性能芯片，具有極快的電光效應(yīng)、高帶寬、低功耗等顯著優(yōu)點。 5G 在通信、量子計算、光通信等領(lǐng)域具有很大的潛力。

膜酸鋰調(diào)制器芯片的工作原理是在電光效應(yīng)的基礎(chǔ)上工作，即在一些晶體加上電場的影響下，其折射率會發(fā)生變化，當(dāng)光波通過這種介質(zhì)時，其傳輸特性會發(fā)生變化。光信號的“相位”或強(qiáng)度可以通過施加電壓來改變，從而實現(xiàn)光信號的分配。例如，常見的薄膜鱘酸鋰電光調(diào)制器有相位調(diào)制器，其基本結(jié)構(gòu)包括兩個波導(dǎo)、兩個功分結(jié)構(gòu)、射頻電極和DC電極。

然而，由于薄膜鱘酸鋰材料具有高脆性，制備大型薄膜鱘酸鋰晶圓一直存在挑戰(zhàn)。上海交通大學(xué)無錫光子芯片研究院引進(jìn) 110 世界頂級的余臺 CMOS 工藝設(shè)備，構(gòu)建了從光刻、薄膜沉積、蝕刻、濕法、切割、測量到封裝的全閉環(huán)工藝鏈，覆蓋薄膜酸鋰晶圓。

通過ic設(shè)計、工藝方案與設(shè)備系統(tǒng)的創(chuàng)新開發(fā)協(xié)同適應(yīng)技術(shù)，從光刻圖形化、精密蝕刻、薄膜沉積到封裝測試，成功打通了全過程工藝，實現(xiàn)了晶圓級光子芯片集成技術(shù)的重大進(jìn)步。在 6 實現(xiàn)了英尺邈酸鋰晶圓。 110nm 通過步進(jìn)式高精度波導(dǎo)蝕刻蝕（i-line）光刻完成了高均勻性、納米波導(dǎo)和復(fù)雜高性能電極結(jié)構(gòu)的跨尺度集成，達(dá)到了頂級的工藝水平。

該芯片調(diào)配帶寬突破 突破國際高速光互連帶寬瓶頸的110GHz；插入損耗3.5dB，消耗0.2波導(dǎo)dB/cm，顯著提高光傳輸效率；1.9調(diào)配效率 V · cm，大大提高了電光轉(zhuǎn)換效率。<3.5dB，波導(dǎo)消耗<0.2dB/cm，顯著提高光傳輸效率；調(diào)配效率<1.9 V · cm，電光轉(zhuǎn)換效率大幅提升。

大規(guī)模生產(chǎn)能力和前景

上海交通大學(xué)無錫光子芯片研究所中試平臺年產(chǎn) 12000 片片薄膜酸鋰晶圓的量產(chǎn)能力，將為工業(yè)合作伙伴提供“低成本”、“快速迭代”、“大規(guī)模量產(chǎn)”的解決方案。

另外，研究所將發(fā)布工藝技術(shù)包（PDK），全面納入、開放、共享薄膜酸鋰晶圓制備的核心工藝指標(biāo)和設(shè)備模型，幫助產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)高效完成從概念設(shè)計到流片驗證再到量產(chǎn)的全過程閉環(huán)，顯著縮短R&D周期。

中試平臺不僅服務(wù)于光子芯片行業(yè)，還將與區(qū)域發(fā)展“雙向前進(jìn)”，加快科技創(chuàng)新轉(zhuǎn)型落地，推動中國光子芯片核心器件從技術(shù)研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的實質(zhì)性飛躍。同時，研究院將圍繞芯、光、智、算等進(jìn)行科技創(chuàng)新轉(zhuǎn)型和孵化，為光子計算、量子信息、6G 通信、激光雷達(dá)等行業(yè)提供核心保障。

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