关键技术突破！国内首个光子芯片中试线成功下线首片晶圆

电子发烧友网综合报道 近日消息，上海交大无锡光子芯片研究院（CHIPX）取得重大进展，其在国内首个光子芯片中试线成功下线首片6英寸薄膜铌酸锂光子芯片晶圆，并同步实现了超低损耗、超高带宽的高性能薄膜铌酸锂调制器芯片的规模化量产，该芯片的关键技术指标达到国际先进水平。

光子芯片关键技术突破

光子芯片也被称为光子集成电路（Photonic Integrated Circuit，PIC），是一种基于光子学原理的集成电路芯片。它将光子器件集成在芯片上，实现光电子集成，利用光波（电磁波）作为信息传输或数据运算的载体，一般依托于集成光学或硅基光电子学中介质光波导来传输导模光信号，将光信号和电信号的调制、传输、解调等集成在同一块衬底或芯片上。

光子芯片作为新一代信息技术的核心，能满足人工智能、物联网、云计算、生物医药等领域对传输、计算、存储、显示的技术需求。

然而此前，我国光量子技术因共性关键工艺技术平台的缺失，面临“实验室成果难以量产”的困境，成为制约产业发展的“卡脖子”难题。上海交大无锡光子芯片研究院通过建设国内首条光子芯片中试线，成功攻克了这一难题。

上海交大无锡光子芯片研究院于2022年12月启动中试线建设，2024年9月正式启用集光子芯片研发、设计、加工和应用于一体的光子芯片中试线。如今，首片晶圆成功下线，标志着中试平台实现量产通线。

薄膜铌酸锂调制器芯片是一种以薄膜铌酸锂为关键材料，利用电光效应实现光信号调制的高性能芯片，具备超快电光效应、高带宽、低功耗等显著优势，在5G通信、量子计算、光通信等领域展现出巨大潜力。

薄膜铌酸锂调制器芯片的工作原理是，基于电光效应工作，即某些晶体在外加电场作用下，其折射率会发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就会受到影响而改变。通过施加电压来改变光信号的“相位”或强度，实现光信号的调制。例如，常见的薄膜铌酸锂电光调制器有相位调制器，其基本结构由两个波导、两个功分结构，以及射频电极和直流电极构成。

然而，由于薄膜铌酸锂材料脆性大，大尺寸薄膜铌酸锂晶圆的制备一直存在挑战。上海交大无锡光子芯片研究院引进了110余台国际顶级CMOS工艺设备，构建了覆盖薄膜铌酸锂晶圆从光刻、薄膜沉积、刻蚀、湿法、切割、量测到封装的全闭环工艺链。

通过创新性开发芯片设计、工艺方案与设备系统的协同适配技术，成功打通了从光刻图形化、精密刻蚀、薄膜沉积到封装测试的全制程工艺，实现晶圆级光子芯片集成工艺的重大突破。在6英寸铌酸锂晶圆上实现了110nm高精度波导刻蚀，通过步进式（i-line）光刻完成了高均一性、纳米级波导与复杂高性能电极结构的跨尺度集成，达到顶尖制程水平。

该芯片调制带宽突破110GHz，突破国际高速光互连带宽瓶颈；插入损耗<3.5dB，波导损耗<0.2dB/cm，显著提升光传输效率；调制效率<1.9 V·cm，电光转换效率大幅优化。

量产能力和前景

上海交大无锡光子芯片研究院中试平台具备年产12000片薄膜铌酸锂晶圆的量产能力，将为产业合作伙伴提供“低成本”、“快速迭代”、“规模化量产”的解决方案。

另外，研究院将发布工艺设计包（PDK），将薄膜铌酸锂晶圆制备的核心工艺参数与器件模型全面纳入、开放共享，助力产业链企业快速完成从概念设计到流片验证再到量产的全流程闭环，显著缩短研发周期。

中试平台不仅服务于光子芯片产业，还将与区域发展“双向奔赴”，加速科技成果转化落地，推动我国光子芯片核心器件从技术研发向产业化应用的实质性跨越。同时，研究院将围绕芯、光、智、算等进行科技成果转化及孵投一体的创业孵化，为光子计算、量子信息、6G通信、激光雷达等产业提供核心保障。