薄膜鋯鈦酸鉛鐵電材料可在氧化硅上完成大尺寸、高質(zhì)量晶體薄膜沉積生長(zhǎng)，利于實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模生產(chǎn)使用。該材料有望突破傳統(tǒng)材料體系在帶寬和能效上的設(shè)計(jì)瓶頸，實(shí)現(xiàn)低能耗、高速率、高度集成的片上電光調(diào)制。

中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員李明聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院大學(xué)杭州高等研究院研究員邱楓，對(duì)晶圓級(jí)鋯鈦酸鉛薄膜材料的制備與加工展開(kāi)攻關(guān)。該研究利用液相沉積與磁控濺射組合工藝完成了4英寸晶圓薄膜的低成本大規(guī)模制備，研制出首個(gè)公開(kāi)報(bào)道的新型鋯鈦酸鉛光子集成工藝開(kāi)發(fā)套件PDK庫(kù)。這一研究實(shí)現(xiàn)了從材料生長(zhǎng)到器件設(shè)計(jì)與制備的全流程自主可控研發(fā)，突破了傳統(tǒng)光學(xué)材料在制造高速電光調(diào)制器時(shí)面臨的調(diào)制帶寬和能效瓶頸。

測(cè)試顯示，研究制備的馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器高頻調(diào)制帶寬大于70GHz，調(diào)制效率1.3V·cm；微環(huán)調(diào)制器調(diào)制帶寬大于50GHz，調(diào)制效率0·56V·cm。與硅和薄膜鈮酸鋰等傳統(tǒng)光學(xué)材料相比，該材料在保留高調(diào)制帶寬的同時(shí)提升了調(diào)制效率。首版PDK器件庫(kù)包括多模干涉器、光柵耦合器、交叉器等。通過(guò)模型設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化迭代，整體器件性能和器件庫(kù)完備性存在提升空間。

這一成果有望助力下一代新型光學(xué)材料平臺(tái)與工藝技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為光通信和光計(jì)算等信息光子技術(shù)發(fā)展提供材料支撐平臺(tái)。

近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《半導(dǎo)體學(xué)報(bào)》（Journal of Semiconductors）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部和浙江省的支持。