上海交大无锡光子芯片研究院(CHIPX)6 月 5 日宣布迎来重磅时刻:首片 6 寸薄膜铌酸锂光子芯片晶圆在国内首个光子芯片中试线下线,同时实现了超低损耗、超高带宽的高性能薄膜铌酸锂调制器芯片的规模化量产,关键技术指标达到国际先进水平。这一突破性成果标志着我国在高端光电子核心器件领域完成从“技术跟跑”到“产业领跑”的历史性跨越。
光量子芯片是光量子计算的核心硬件载体,其产业化进程将推动我国在量子信息领域实现自主可控,更是抢占全球量子科技竞争制高点的战略支撑。此前,因共性关键工艺技术平台的缺失,我国光量子技术面临“实验室成果难以量产”的困境,是制约产业发展的“卡脖子”难题,而光子芯片中试线的启用成为破局关键。
上海交大无锡光子芯片研究院于 2022 年 12 月启动国内首条光子芯片中试线建设,2024 年 9 月,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正式启用。如今,首片晶圆成功下线,中试平台实现量产通线。
作为一种高性能光电材料,薄膜铌酸锂具备超快电光效应、高带宽、低功耗等优势,在 5G 通信、量子计算等领域展现出巨大潜力。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被行业视为挑战,尤其在量产化工艺中面临纳米级加工精度控制、薄膜沉积均匀性保证、刻蚀速率一致性调控等三大难题。
CHIPX 工艺团队基于自主建设的国内首条光子芯片中试线,引进了 110 余台国际顶级 CMOS 工艺设备,覆盖了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。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突破。
凭借中试平台先进的纳米级加工设备和快速工艺迭代能力,工艺团队通过大量工艺验证与优化,以深紫外(DUV)光刻与薄膜刻蚀的组合工艺,系统性地解决了晶圆级光子芯片集成的关键技术瓶颈:在 6 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。
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