不同于电子芯片以电流为信息载体，光子芯片以光波为信息载体，能实现低功耗、高带宽、低时延的效果。然而，现阶段的光子芯片受限于材料和技术，面临效率较低、功能单一、成本较高等挑战。
近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所一研究团队在光子芯片材料领域取得突破性进展，他们开发出钽酸锂异质集成晶圆，并成功用其制作高性能光子芯片。
类似于电子芯片将电路刻在硅晶圆上，团队将光子芯片的光波导刻在钽酸锂异质集成晶圆上。该集成晶圆是由“硅-二氧化硅-钽酸锂”组成的“三明治”结构，其关键在于最上层薄约600纳米的高质量单晶钽酸锂薄膜及该薄膜与二氧化硅形成的界面质量。
成功制作该薄膜得益于团队的“绝活”——“万能离子刀”异质集成技术。团队研究人员介绍，在钽酸锂材料表面下约600纳米的位置注入离子，就像埋入了一批精准的“炸弹”，可以“削”下一层纳米厚度的单晶薄膜，这样制备出的钽酸锂薄膜与硅衬底结合起来，就形成了钽酸锂异质集成晶圆。
据悉，钽酸锂薄膜有优异的电光转换特性，可规模化制造，应用价值较高。相较于被广泛看好的潜在光子芯片材料铌酸锂，钽酸锂薄膜制备效率更高、难度更低、成本更低，同时具有强电光调制、弱双折射、更宽的透明窗口、更强的抗光折变等特性，极大扩展了光学设计自由度。
随着光子芯片材料技术不断改良和创新，有望在激光雷达、精密测量等多个领域实现应用，从而弥补我国在这一新材料领域的技术空白。
