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(huì)(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(xué)者及技術(shù)骨干的干貨分享及巔峰對(duì)話，共享光通信行業(yè)的前沿技術(shù)及市場(chǎng)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(huì)的通信半導(dǎo)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(shè)計(jì)、制造和器件封裝，并且為客戶提供定制化研發(fā)服務(wù)。

  在光纖通信領(lǐng)域，光電調(diào)制器是實(shí)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(shì)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(duì)應(yīng)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(jí)對(duì)集成度的要求，鈮酸鋰由晶體時(shí)代進(jìn)入了薄膜時(shí)代。

  隨著技術(shù)的不斷進(jìn)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(lǐng)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(gè)挑戰(zhàn)。然而，通過刻蝕硅的工藝，許多企業(yè)和團(tuán)隊(duì)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(shí)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(dá)小于0.03dB/cm。

  蔡鑫倫對(duì)比了美國EO Space的傳統(tǒng)鈮酸鋰晶體調(diào)制器和中山大學(xué)、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(lǐng)域的顯著優(yōu)勢(shì)。

  薄膜鈮酸鋰的下一個(gè)發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大尺寸晶圓規(guī)模制造，以降低成本。這將進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，并增強(qiáng)其在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。在大帶寬、低功耗、低損耗、小尺寸的優(yōu)點(diǎn)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(shì)。它可以采用非氣密封裝，從而降低成本，而磷化銦則需要?dú)饷芊庋b。在性能方面，薄膜鈮酸鋰對(duì)比硅光和磷化銦都有明顯優(yōu)勢(shì)。

  隨著長途相干向單波800G/1.6T演進(jìn)，推動(dòng)200GB+高帶寬器件的發(fā)展，預(yù)計(jì)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(shì)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(shí)實(shí)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(dá)到完美匹配。

  蔡鑫倫介紹了實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的偏振復(fù)用IQ調(diào)制器芯片，是將四個(gè)碼幀的調(diào)制器和一個(gè)偏振合波器件集成在一起，做成一個(gè)芯片。應(yīng)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(dá)中的應(yīng)用，特別是在第二代激光雷達(dá)。第一代激光雷達(dá)TOF(飛行時(shí)間)，指的是用光脈沖在目標(biāo)物與激光雷達(dá)間的飛行時(shí)間乘以光速來測(cè)算距離。第二代激光雷達(dá)FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)，可直接獲得目標(biāo)與雷達(dá)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常互補(bǔ)，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(diǎn)-5點(diǎn)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(hào))進(jìn)行3小時(shí)的《鈮酸鋰薄膜光電子器件與芯片》培訓(xùn)，歡迎聯(lián)系訊石工作人員報(bào)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(yīng)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(jìn)展，以及未來可能的兩條演進(jìn)路線。

  咨詢聯(lián)系：Anton 13008796725(微信號(hào)同號(hào))