iFOC 2023回顧 | 鈮奧光電蔡鑫倫：薄膜鈮酸鋰光電子集成技術(shù)與芯片

  ICC訊 9月4-5日，第21屆訊石研討會(iFOC 2023)吸引了來自近700家企業(yè)的1000多位嘉賓出席，聆聽行業(yè)專家學者及技術(shù)骨干的干貨分享及巔峰對話，共享光通信行業(yè)的前沿技術(shù)及市場信息。

  9月4日，鈮奧光電董事長蔡鑫倫在第21屆訊石研討會的通信半導體芯片、材料發(fā)展論壇上發(fā)表《薄膜鈮酸鋰光電子集成技術(shù)與芯片》的主題演講。

  鈮奧光電成立于2020年7月，專注基于薄膜鈮酸鋰材料的新一代光子芯片設計、制造和器件封裝，并且為客戶提供定制化研發(fā)服務。

  在光纖通信領域，光電調(diào)制器是實現(xiàn)信息從電域到光域轉(zhuǎn)換的核心器件，也是發(fā)射端性能的重要瓶頸。眾所周知，鈮酸鋰薄膜是非常好的電光調(diào)制器的材料。從過去光模塊的發(fā)展趨勢來看，光模塊的速率每3年翻一番，功耗每2年下降50%，尺寸每2年下降50%，對應到調(diào)制器上，意味著更大的調(diào)制帶寬、更小的半波電壓和更高的集成度。過去業(yè)界采用傳統(tǒng)的鈮酸鋰晶體制作調(diào)制器，性能做到很好，但是尺寸較大，為了滿足光通信產(chǎn)業(yè)升級對集成度的要求，鈮酸鋰由晶體時代進入了薄膜時代。

  隨著技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，薄膜鈮酸鋰調(diào)制器在帶寬、電壓和尺寸方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。它將成為未來光通信領域的重要器件之一，為高速、低功耗、小型化的光模塊提供有力支持。

  鈮酸鋰作為一種難以加工的材料，由于其脆性大，一直被視為一個挑戰(zhàn)。然而，通過刻蝕硅的工藝，許多企業(yè)和團隊已經(jīng)成功地加工出了高質(zhì)量的鈮酸鋰薄膜。鈮奧光電更是實現(xiàn)了在四英寸的鈮酸鋰薄膜上批量加工電光調(diào)制器，其芯片的最佳傳輸損耗可達小于0.03dB/cm。

  蔡鑫倫對比了美國EO Space的傳統(tǒng)鈮酸鋰晶體調(diào)制器和中山大學、鈮奧光電、中國電科13所聯(lián)合研發(fā)的薄膜鈮酸鋰調(diào)制器。從帶寬、電壓和尺寸方面來看，薄膜鈮酸鋰都是更優(yōu)的方案，這顯示出其在調(diào)制器領域的顯著優(yōu)勢。

  薄膜鈮酸鋰的下一個發(fā)展目標是實現(xiàn)大尺寸晶圓規(guī)模制造，以降低成本。這將進一步擴大其應用范圍，并增強其在市場中的競爭力。在大帶寬、低功耗、低損耗、小尺寸的優(yōu)點后，再加上低成本，將使薄膜鈮酸鋰成為更理想的選擇。

  與磷化銦相比，薄膜鈮酸鋰在長距離超長距離的產(chǎn)品封裝上具有優(yōu)勢。它可以采用非氣密封裝，從而降低成本，而磷化銦則需要氣密封裝。在性能方面，薄膜鈮酸鋰對比硅光和磷化銦都有明顯優(yōu)勢。

  隨著長途相干向單波800G/1.6T演進，推動200GB+高帶寬器件的發(fā)展，預計2025年后薄膜鈮酸鋰將逐漸商業(yè)化。隨著調(diào)制速率要求的提高，薄膜鈮酸鋰的優(yōu)勢將更加明顯。這將為未來的通信技術(shù)帶來巨大的潛力。

  鈮酸鋰薄膜調(diào)制器利用容性電極和石英襯底，同時實現(xiàn)低微波損耗和光電同步傳輸。容性行波電極不僅可以降低金屬微波損耗，還可以降低微波速率，使光波和微波在調(diào)制區(qū)域以相同的速率傳輸，光和電達到完美匹配。

  蔡鑫倫介紹了實驗室研發(fā)的偏振復用IQ調(diào)制器芯片，是將四個碼幀的調(diào)制器和一個偏振合波器件集成在一起，做成一個芯片。應用于超長距光通信，調(diào)制帶寬超過110GHz，半波電壓只有1V，綜合性能非常好。

  蔡鑫倫隨后介紹鈮酸鋰薄膜在光傳感激光雷達中的應用，特別是在第二代激光雷達。第一代激光雷達TOF(飛行時間)，指的是用光脈沖在目標物與激光雷達間的飛行時間乘以光速來測算距離。第二代激光雷達FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)，可直接獲得目標與雷達之間的距離和速度。

  蔡鑫倫最后總結(jié)到三五族和鈮酸鋰薄膜材料的特性非?；パa，通過將三五族異質(zhì)集成到鈮酸鋰薄膜上，可以制作出收發(fā)一體的激光器芯片，用于相干光通信，這是也是未來的重要發(fā)展方向。

  2023年12月27日下午2點-5點將在旭創(chuàng)光電產(chǎn)業(yè)園(江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)勝浦路168號)進行3小時的《鈮酸鋰薄膜光電子器件與芯片》培訓，歡迎聯(lián)系訊石工作人員報名。

  課程大綱：

  第一節(jié)課：介紹鈮酸鋰薄膜材料、工藝和典型的功能器件(包括電光調(diào)制器和偏振控制器)。

  第二節(jié)課：介紹鈮酸鋰薄膜芯片在數(shù)據(jù)中心光互連、長距離相干光通信、以及光纖傳感中的應用。

  第三節(jié)課：討論鈮酸鋰薄膜光電子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進展，以及未來可能的兩條演進路線。

  咨詢聯(lián)系：Anton 13008796725(微信號同號)