“离子刀”大尺寸晶圆异质集成技术取得进展

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员蔡艳、欧欣合作，利用上海微技术工业研究院标准180纳米硅光工艺在八英寸绝缘体上硅(SOI)上制备了硅光芯片，再基于“离子刀”异质集成技术，通过直接键合的方式实现铌酸锂(LN)与SOI晶圆的异质集成，并通过干法刻蚀技术实现了硅光芯片波导与铌酸锂电光调制器的单片式混合集成，制备出通信波段马赫-曾德尔干涉仪型硅基铌酸锂高速电光调制器。相关研究成果将在2024年美国激光及光电子学会议(CLEO)上作口头报告。

▲“离子刀”异质集成技术实现大尺寸晶圆级硅基铌酸锂异质集成材料与芯片制备示意图。中国科学院上海微系统与信息技术研究所供图

得益于优良的材料质量和器件制备技术，器件在10Hz至1MHz频率范围内的三角波电压信号下的调制效率稳定，在测量频率范围内器件保持稳定的半波电压-长度积(VpiL)值。同时，器件具备较好的低直流漂移特性，证明薄膜铌酸锂材料和氧化硅包层的沉积质量较好、缺陷较少。调制器的光眼图测试结果显示，在非归零调制信号下传输速率达到88 Gbit/s，四电平脉冲幅度调制(PAM-4)信号下传输速率达到176 Gbit/s。

据了解，研究团队通过“万能离子刀”技术，在国际上率先实现铌酸锂单晶薄膜与八英寸硅光芯片异质集成，两者结合展现出优良的电光调制性能。中国科学院上海微系统与信息技术研究所异质集成晶圆团队目前已验证该工艺路线进一步扩展至八英寸的可行性，未来可实现大规模的商业化制备。