中国110GHz带宽高性能薄膜铌酸锂调制器芯片实现量产

据媒体报道，上海交大无锡光子芯片研究院（CHIPX）取得重大进展：其在国内首个光子芯片中试线成功下线首片6英寸薄膜铌酸锂光子芯片晶圆，并同步实现了超低损耗、超高带宽的高性能薄膜铌酸锂调制器芯片的规模化量产。该芯片的关键技术指标已达到国际先进水平。

光量子芯片是光量子计算的核心硬件载体，其产业化对我国在量子信息领域实现自主可控、抢占全球量子科技制高点具有战略意义。

然而，过去由于共性关键工艺技术平台的缺失，我国光量子技术长期面临“实验室成果难以量产”的“卡脖子”困境。光子芯片中试线的启用成为破局关键。

为攻克这一难题，上海交大无锡光子芯片研究院于2022年12月启动建设国内首条光子芯片中试线，并于2024年9月正式启用这条集研发、设计、加工和应用于一体的平台。如今首片晶圆成功下线，标志着中试平台实现量产通线，项目建设高效推进。

薄膜铌酸锂作为一种高性能光电材料，具备超快电光效应、高带宽、低功耗等显著优势，在5G通信、量子计算等领域潜力巨大。但其材料脆性大，大尺寸晶圆的制备，尤其是在量产化工艺中实现纳米级加工精度控制、薄膜沉积均匀性保证和刻蚀速率一致性调控，一直是行业面临的重大挑战。

CHIPX工艺团队依托自主建设的国内首条光子芯片中试线，引进110余台国际顶级CMOS工艺设备，构建了覆盖薄膜铌酸锂晶圆光刻、薄膜沉积、刻蚀、湿法、切割、量测到封装的全闭环工艺链。

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，团队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的重大突破。

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，团队经过大量工艺验证与优化，采用深紫外（DUV）光刻与薄膜刻蚀的组合工艺，系统性解决了关键技术瓶颈：在6英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。

同时，通过材料-器件协同设计创新，在保证高集成度的前提下实现了性能的跨越式突破，关键指标全面领先：调制带宽突破110GHz，突破国际高速光互连带宽瓶颈；插入损耗＜3.5dB；波导损耗＜0.2dB/cm，显著提升光传输效率；调制效率达到1.9 V·cm，电光转换效率大幅优化。

中试平台是连接创新与产业的桥梁。依托该平台及年产12000片晶圆的量产能力，研究院将为产业合作伙伴提供“低成本”、“快速迭代”、“规模化量产”的解决方案。在提升自身科技创新能力的同时，研究院积极打造开放共享的服务生态赋能产业。

近期，研究院将发布包含本次高性能薄膜铌酸锂调制器芯片核心工艺参数与器件模型的PDK工艺设计包。该版本PDK不仅集成无源耦合器、分束器、波导阵列和有源热相移器、电光调制器等基础元件模型，同时涵盖多物理场协同仿真模块，旨在构建标准化光子芯片设计体系。

未来，研究院将依托中试线的可拓展优势，通过增补设备、拓展多材料体系、突破多材料异质集成技术，建设具备稳定量产能力的晶圆级光子芯片产线，目标打造全球最大规模的光子芯片产业基地。