實錘了！頂刊《nature》刊文證實中國在光晶片領域取得了重大突破！

近年來，江湖上一直傳言中國可能在光晶片領域實現彎道超車，徹底擺脫晶片被卡脖子的窘境，但官方一直沒有正式消息，喧囂過去後一切歸於平靜。

但5月8日，平地一聲驚雷，中國光晶片成果正式對全世界官宣了！

剛剛中國科學院上海微系統與資訊技術研究所聯合瑞士洛桑聯邦理工學院，在鉭酸鋰異質整合晶圓及高性能光子晶片製備領域取得突破性進展，相關成果以《可大規模製造的鉭酸鋰整合光子晶片》（Lithium tantalate photonic integrated circuits for volume manufacturing）為題，發表在頂刊《自然》，論文連結：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07369-1

為能看懂文章，走向科學小編先介紹一下光晶片當前的發展背景：

隨著全球積體電路產業發展進入“後摩爾時代”，積體電路晶片性能提升的難度和成本越來越高，人們迫切需要尋找新的技術方案。以硅光技術和薄膜鈮酸鋰光子技術為代表的整合光電技術成為應對此瓶頸問題的顛覆性技術。

其中，鈮酸鋰被稱為光子時代的“光學硅”材料，因其自身機械性能穩定、易加工、耐高溫、抗腐蝕、原材料來源豐富、價格低廉、易生長成大晶體的優點，被廣泛應用於高性能濾波器、電光器件、全息儲存、3D全息顯示、非線性光學器件、光量子通訊等領域。

那麼這篇nature文章到底發現了什麼新成果呢？

照片展示的是聲學級（黑色）和光學級（白色）鉭酸鋰(LiTaO3)晶圓

研究人員nature這篇文章主要證明了：

單晶鉭酸鋰薄膜同樣具有優異的電光轉換特性，且在雙折射、透明窗口範圍、抗光折變、頻率梳產生等方面更具優勢。

硅基鉭酸鋰異質晶圓（LTOI）的製備工藝與絕緣體上的硅（SOI）更加接近，因此鉭酸鋰薄膜可實現低成本和規模化製造，具有極高的應用價值

鉭酸鋰這種材料有哪些優勢呢？

1. 超越傳統材料的特性。

鉭酸鋰不僅具有優異的電光效應，還展現出低損耗和高雙折射率的特性。這意味著它可以實現對光波導的超寬頻帶色散工程，是生成電光頻率梳的理想選擇，為資訊傳輸打開了前所未有的寬頻門扉。

2. 革命性的量子橋樑。

對於量子計算而言，如何高效地將微波光子與超導量子位元對接是一大挑戰。而鉭酸鋰憑藉其遠低於鈮酸鋰的介電損耗，為單個微波光子的量子轉換提供了幾乎無與倫比的介質，為解決量子電腦的熱瓶頸問題帶來了曙光。

材料雖好，但方便大規模製造嗎？

製造方法：

研究團隊採用基於“萬能離子刀”的異質整合技術，通過氫離子注入結合晶圓鍵合的方法，製備了高品質硅基鉭酸鋰單晶薄膜異質晶圓。

（a）硅基鉭酸鋰異質晶圓（b）薄膜鉭酸鋰光學波導製備工藝及波導的掃描透鏡顯微鏡（SEM）

這種材料能夠經過驗證的應用有哪些呢？

結合晶圓級流片工藝，研究人員探索了鉭酸鋰材料內低雙折射對於模式交叉的有效抑制，並驗證了可以應用於整個通訊波段的鉭酸鋰光子微腔諧振器。

鉭酸鋰光子晶片不僅展現出與鈮酸鋰薄膜相當的電光調製效率，同時基於鉭酸鋰光子晶片，研究團隊首次在X切型電光平台中成功產生了孤子光學頻率梳，結合其電光可調諧性質，有望在雷射雷達、精密測量等方面實現大規模應用。

（a）薄膜鉭酸鋰電光調製器；（b）首次實現X切型鉭酸鋰上的克爾孤子光頻梳

8英吋硅基薄膜鉭酸鋰晶圓製備

據悉，該團隊孵化的上海新硅聚合半導體有限公司已經具備異質晶圓量產能力，並開發出8英吋異質整合材料技術。

中國科學院上海微系統所研究員歐欣說：鉭酸鋰光子晶片展現出極低光學損耗、高效電光轉換等特性，有望為突破通訊領域速度、功耗、頻率和頻寬四大瓶頸問題提供解決方案，並在低溫量子、光計算、光通訊等領域催生革命性技術。

在此，為我國相關科研人員辛勤努力取得的科研成果點贊，能在頂級科學刊物《自然》上發表，說明全世界頂級科學機構對這項科研成果的充分肯定。

不斷地看到科技領域被美國製裁、封鎖、卡脖子的新聞，著實讓人胸悶，有朝一日，如果聽到美國在高科技領域屈辱地被中國掐脖子了，那該是什麼感覺？

吃驚？竊喜？至少被卡脖子N年的胸悶感覺會一掃而光吧。

一萬年太久，只爭朝夕! (走向科學)