湖北九峰山實(shí)驗(yàn)室（JFS）近日官宣，2024 年 2 月 20 日，全球首片 8 寸硅光薄膜鈮酸鋰光電集成晶圓在九峰山實(shí)驗(yàn)室下線。

此項(xiàng)成果使用 8 寸 SOI 硅光晶圓鍵合 8 寸鈮酸鋰晶圓，單片集成光電收發(fā)功能，為目前全球硅基化合物光電集成最先進(jìn)技術(shù)。該項(xiàng)成果可實(shí)現(xiàn)超低損耗、超高帶寬的高端光芯片規(guī)模制造，為目前全球綜合性能最優(yōu)的光電集成芯片。

據(jù)介紹，此項(xiàng)成果由九峰山實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合重要產(chǎn)業(yè)合作伙伴開發(fā)，將盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)商用。

薄膜鈮酸鋰由于出色的性能在濾波器、光通訊、量子通信、航空航天等領(lǐng)域均發(fā)揮著重要作用。但鈮酸鋰材料脆性大，大尺寸鈮酸鋰晶圓制備工藝?yán)щy，鈮酸鋰微納加工制備工藝也一直被視為挑戰(zhàn)。目前，業(yè)界對(duì)薄膜鈮酸鋰的研發(fā)還主要集中在 3 寸、4 寸、6 寸晶圓的制備及片上微納加工工藝上。

九峰山實(shí)驗(yàn)室工藝中心基于 8 寸薄膜鈮酸鋰晶圓，開發(fā)與之匹配的深紫外（DUV）光刻、微納干法刻蝕及薄膜金屬工藝，成功研發(fā)出首款 8 寸硅光薄膜鈮酸鋰晶圓，實(shí)現(xiàn)低損耗鈮酸鋰波導(dǎo)、高帶寬電光調(diào)制器芯片、高帶寬發(fā)射器芯片集成。

此項(xiàng)成果為薄膜鈮酸鋰光電芯片的研制與超大規(guī)模光子集成提供了一條極具前景的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)路線，為高性能光通信應(yīng)用場(chǎng)景提供工藝解決方案。

九峰山實(shí)驗(yàn)室表示，近年來(lái)，由于 5G 通信、大數(shù)據(jù)、人工智能等行業(yè)的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)，光子集成技術(shù)得到極大關(guān)注。鈮酸鋰以其大透明窗口、低傳輸損耗、良好的光電 / 壓電 / 非線性等物理性能以及優(yōu)良的機(jī)械穩(wěn)定性等被認(rèn)為是理想的光子集成材料，而單晶薄膜鈮酸鋰則為解決光子集成芯片領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的低傳輸損耗、高密度集成以及低調(diào)制功耗需求提供了至今為止綜合性能最優(yōu)的解決方案。

隨著調(diào)制速率要求的提高，薄膜鈮酸鋰的優(yōu)勢(shì)將更加明顯，給未來(lái)的通信技術(shù)帶來(lái)巨大的潛力。預(yù)計(jì) 2025 年后，薄膜鈮酸鋰將逐漸商業(yè)化。根據(jù) QYResearch 調(diào)查報(bào)告，全球范圍內(nèi)薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場(chǎng)將在 2029 年達(dá)到 20.431 億美元，在 2023 到 2029 年期間復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)到 41%。

未來(lái)，隨著基于鈮酸鋰的光源、光調(diào)制、光探測(cè)等重要器件的實(shí)現(xiàn)，鈮酸鋰光子集成芯片有望像硅基集成電路一樣，成為高速率、高容量、低能耗光學(xué)信息處理的重要平臺(tái)，在光量子計(jì)算、大數(shù)據(jù)中心、人工智能及光傳感激光雷達(dá)等領(lǐng)域彰顯其應(yīng)用價(jià)值。

經(jīng)查詢獲悉，湖北九峰山實(shí)驗(yàn)室位于湖北武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)，也就是位于“中國(guó)光谷”，號(hào)稱擁有“來(lái)自超過全球 10 個(gè)國(guó)家的 100 余名頂尖科學(xué)家及技術(shù)專家組成的科研團(tuán)隊(duì)”。