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光子回路的異質集成解決方案可以充分利用不同材料平臺的優(yōu)勢。近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所研究員蔡艷、歐欣團隊合作，通過“萬能離子刀”剝離轉移技術在六英寸圖形化SiN晶圓上集成了高質量的鈮酸鋰薄膜，并通過晶圓級工藝制備出具備高速數(shù)據(jù)傳輸能力的異質集成薄膜鈮酸鋰電光調制器。在該異質集成方案中，氮化硅與薄膜鈮酸鋰形成混合波導，鈮酸鋰薄膜無需刻蝕加工，簡化了工藝流程。

研究團隊設計并通過實驗展示了一種可同時工作于O波段與C波段的、基于全流程晶圓級制造的高性能氮化硅-薄膜鈮酸鋰異質集成馬赫曾德爾電光調制器。采用萬能離子刀技術，實現(xiàn)了六英寸薄膜鈮酸鋰與圖案化六英寸 SiN 晶圓的異質集成。為了避免進行薄膜鈮酸鋰的刻蝕，該工作中所有器件圖案均在 SiN 層上實現(xiàn)。所制備出的器件在C波段實現(xiàn)了超過110 GHz的3-dB電光帶寬，在PAM-4傳輸模式下最高支持260 Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸。該異質集成電光調制器在1310 nm和1550 nm處的VπL分別為2.15 V·cm與2.7 V·cm。該工作通過晶圓級制備工藝，研制了低插入損耗、高電光帶寬和高傳輸速率的異質集成 SiN/TFLN調制器。

該工作不僅對全流程晶圓級制備硅光異質集成薄膜鈮酸鋰電光調制器進行了探索，而且為未來硅光平臺與薄膜鈮酸鋰進行晶圓級異質集成的量產(chǎn)打下了相關基礎。

近日，相關成果以Hybrid Silicon Nitride/Lithium Niobate Electro-Optical Modulator with Wide Optical Bandwidth and High RF Bandwidth Based on Ion-cut Wafer-level Bonding Technology為題，在線發(fā)表在Laser & Photonics Reviews上。

該研究工作得到集成電路材料全國重點實驗室自主課題項目等的支持。

論文鏈接

器件結構與截面示意圖

四個芯片上器件在不同波長下的調制效率測試結果（折線為模擬計算值）

NRZ與PAM-4數(shù)據(jù)傳輸模式下的光眼圖測試結果