近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所的科研团队在集成电路芯片领域取得了重大突破。随着集成电路产业发展进入“后摩尔时代”，集成电路芯片性能的提升变得越来越困难和昂贵，人们急需寻找新的技术方案。
该团队在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片领域成功开发出一种可批量制造的新型“光学硅”芯片。相关研究成果于8日在线发表于《自然》杂志。
▲图片/中国科学院上海微系统与信息技术研究所
光子芯片是一种利用光子替代传统电子来处理和传输信息的技术。它具有传输速度快、能耗低、抗干扰性强等优点，在信息通信、数据中心、云计算等领域具有广泛应用前景。然而，由于传统光子芯片材料的限制，目前发展受到了一定的制约。
“光学硅”芯片的研发填补了这一空白。钽酸锂异质集成晶圆是一种新型芯片材料，它将光学硅和钽酸锂材料有机地结合在一起，兼具了光学硅的高光学性能和钽酸锂的优异光电性能。通过先进的制造工艺，该团队成功实现了对“光学硅”芯片的批量生产。
当前，以硅光技术和薄膜铌酸锂光子技术为代表的集成光电技术是应对集成电路芯片性能提升瓶颈问题的颠覆性技术。其中，铌酸锂有“光学硅”之称，近年间受到广泛关注，哈佛大学等国外研究机构甚至提出了仿照“硅谷”模式来建设新一代“铌酸锂谷”的方案。
“与铌酸锂类似，钽酸锂也可以被称为‘光学硅’， 我们与合作者研究证明，单晶钽酸锂薄膜同样具有优异的电光转换特性，甚至在某些方面比铌酸锂更具优势。”论文共同通讯作者、中国科学院上海微系统所研究员欧欣说，更重要的是，硅基钽酸锂异质晶圆的制备工艺与绝缘体上硅晶圆制备工艺更加接近，因此钽酸锂薄膜可实现低成本和规模化制造，具有极高的应用价值。
此次，科研团队采用基于“万能离子刀”的异质集成技术，通过离子注入结合晶圆键合的方法，制备了高质量硅基钽酸锂单晶薄膜异质晶圆;同时，与合作团队联合开发了超低损耗钽酸锂光子器件微纳加工方法，成功制备出钽酸锂光子芯片。
欧欣表示，钽酸锂光子芯片展现出极低光学损耗、高效电光转换等特性，有望为突破通信领域速度、功耗、频率和带宽四大瓶颈问题提供解决方案，并在低温量子、光计算、光通信等领域催生革命性技术。
该团队的研究成果对于推动我国集成电路产业的发展具有重要意义。目前，集成电路已经成为现代信息社会的核心技术之一，提升芯片性能是推动整个产业发展的关键。通过开发新型材料和技术方案，可以为我国集成电路产业注入新的活力，推动其迈向更高水平。
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