上海交大无锡光子芯片研究院实现高性能薄膜铌酸锂调制器芯片规模化量产

近日，上海交通大学无锡光子芯片研究院（CHIPX）传出重磅消息：6月5日，该院成功实现超低损耗、超高带宽的高性能薄膜铌酸锂调制器芯片的规模化量产。这一重大成就不仅标志着我国在光电子核心器件领域的技术突破，也为未来量子信息技术的发展奠定了坚实的基础。

本次成果的实现，意味着我国能够在高端光电子领域自主研发和制造出具有国际竞争力的核心设备。根据CHIPX的声明，该研究院将依托自身的中试，与产业链的合作伙伴共同推进该技术的规模化量产。他们的信息透露出一种全面的战略布局，“技术研发-工艺验证-规模量产”的全链条能力不仅能够保证产品的稳定性和质量，还能应对日益增长的市场需求，从而为我国光量子科技的崛起提供强有力的支撑。

光量子芯片被誉为光量子计算的核心硬件之一，其在量子信息领域的产业化进程将彻底改变当前的科技格局。此前，由于缺乏共性关键工艺技术，我国在这一领域的研发和生产受到一定制约。而今，上海交大无锡光子芯片研究院在2022年12月启动的国内首条光子芯片中试线，将为我国在量子科技的自主可控能力提升提供全新的解决方案。预计该中试线将在2024年9月正式投入使用，届时将集成光子芯片的研发、设计、加工与应用。

薄膜铌酸锂作为一种高性能的光电材料，因其超快的电光效应、高带宽和低功耗等优势，广泛应用于5G通信、量子计算等领域。薄膜铌酸锂的脆性使得其大尺寸晶圆的制备成为行业内的一项技术难题。在量产过程中，如何实现纳米级加工精度，保证薄膜的沉积均匀性，调控刻蚀速率一致性等问题亟待解决。

CHIPX的工艺团队利用该院中试引进了110余台国际顶级CMOS工艺设备，涵盖了薄膜铌酸锂晶圆制造的各个流程，包括光刻、薄膜沉积、刻蚀、湿法处理、切割、测量到最终封装。这一系列工艺的闭环管理，结合创新的芯片设计和工艺方案，使得研究院能够突破技术瓶颈，系统性解决晶圆级光子芯片集成的关键问题。

在实际操作中，通过使用深紫外（DUV）光刻和薄膜刻蚀的组合工艺，CHIPX实现了在6寸铌酸锂晶圆上进行高精度波导刻蚀，刻蚀精度达到110nm。同时，团队通过步进式（i-line）光刻技术，成功实现高均匀性、纳米级波导与复杂高性能电极结构的跨尺度集成。这些技术的创新不仅有效降低了生产成本，还提升了产出的效率和质量。

在核心性能指标方面，CHIPX的高性能薄膜铌酸锂调制器芯片具有以下显著优势：

1. 调制带宽突破110GHz，成功打破国际高速光互连技术的带宽瓶颈；

2. 插入损耗小于3.5dB，波导损耗低于0.2dB/cm，大幅提升光传输效率；

3. 调制效率小于1.9 V·cm，实现了电光转换效率的显著优化。

得益于中试线的良好设备与技术支持，研究院具备年产12000片晶圆的能力，可以向产业合作伙伴提供多样化的解决方案，推动整个行业的技术进步和产品迭代。

据悉，CHIPX计划在2023年第三季度全面开放与该高性能薄膜铌酸锂调制器芯片相关的核心工艺参数和器件模型。这一版本的过程设计套件（PDK）不仅包括无源耦合器、分束器、波导阵列、电光调制器等基本元件模型，还涵盖多物理场的协同仿真模块，力图为行业的标准化光子芯片设计体系的建立贡献力量。

上海交大无锡光子芯片研究院在薄膜铌酸锂调制器芯片的研发及生产上所取得的成就，将不仅推动我国量子科技的发展，也将为国际技术竞争提供新动力。随着技术的不断进步和市场的逐渐成熟，未来光量子芯片的应用领域将更加广泛，有望引领未来科技的变革。