入選國(guó)家工信部“首批重點(diǎn)培育中試平臺(tái)”名單不到1個(gè)月，上海交大無(wú)錫光子芯片研究院(CHIPX)再次迎來(lái)重磅時(shí)刻：6月5日，首片6寸薄膜鈮酸鋰光子芯片晶圓在國(guó)內(nèi)首個(gè)光子芯片中試線下線，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超低損耗、超高帶寬的高性能薄膜鈮酸鋰調(diào)制器芯片的規(guī)模化量產(chǎn)，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。這一突破性成果標(biāo)志著我國(guó)在高端光電子核心器件領(lǐng)域完成從“技術(shù)跟跑”到“產(chǎn)業(yè)領(lǐng)跑”的歷史性跨越。研究院將依托中試平臺(tái)，攜手產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴推進(jìn)規(guī)?；慨a(chǎn)進(jìn)程，構(gòu)建“技術(shù)研發(fā)-工藝驗(yàn)證-規(guī)模量產(chǎn)”全鏈條能力，進(jìn)一步增強(qiáng)自主可控的量子科技國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
自主可控中試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)光子芯片集成工藝突破
光量子芯片是光量子計(jì)算的核心硬件載體，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程將推動(dòng)我國(guó)在量子信息領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主可控，更是搶占全球量子科技競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)的戰(zhàn)略支撐。此前，因共性關(guān)鍵工藝技術(shù)平臺(tái)的缺失，我國(guó)光量子技術(shù)面臨“實(shí)驗(yàn)室成果難以量產(chǎn)”的困境，是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”難題，而光子芯片中試線的啟用成為破局關(guān)鍵。
上海交大無(wú)錫光子芯片研究院于2022年12月啟動(dòng)國(guó)內(nèi)首條光子芯片中試線建設(shè)，2024年9月，集光子芯片研發(fā)、設(shè)計(jì)、加工和應(yīng)用于一體的光子芯片中試線正式啟用。如今，首片晶圓成功下線，中試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)通線，彰顯了項(xiàng)目建設(shè)的高效與成果。
作為一種高性能光電材料，薄膜鈮酸鋰具備超快電光效應(yīng)、高帶寬、低功耗等優(yōu)勢(shì)，在5G通信、量子計(jì)算等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，由于薄膜鈮酸鋰材料脆性大，大尺寸薄膜鈮酸鋰晶圓的制備一直被行業(yè)視為挑戰(zhàn)，尤其在量產(chǎn)化工藝中面臨納米級(jí)加工精度控制、薄膜沉積均勻性保證、刻蝕速率一致性調(diào)控等三大難題。
CHIPX工藝團(tuán)隊(duì)基于自主建設(shè)的國(guó)內(nèi)首條光子芯片中試線，引進(jìn)了110余臺(tái)國(guó)際頂級(jí)CMOS工藝設(shè)備，覆蓋了薄膜鈮酸鋰晶圓從光刻、薄膜沉積、刻蝕、濕法、切割、量測(cè)到封裝的全閉環(huán)工藝。通過(guò)創(chuàng)新性開(kāi)發(fā)芯片設(shè)計(jì)、工藝方案與設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)同適配技術(shù)，成功打通了從光刻圖形化、精密刻蝕、薄膜沉積到封裝測(cè)試的全制程工藝，實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)光子芯片集成工藝突破。
性能指標(biāo)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，高性能薄膜鈮酸鋰調(diào)制器芯片實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)
憑借中試平臺(tái)先進(jìn)的納米級(jí)加工設(shè)備和快速工藝迭代能力，工藝團(tuán)隊(duì)通過(guò)大量工藝驗(yàn)證與優(yōu)化，以深紫外（DUV）光刻與薄膜刻蝕的組合工藝，系統(tǒng)性地解決了晶圓級(jí)光子芯片集成的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸：在6寸鈮酸鋰晶圓上實(shí)現(xiàn)了110nm 高精度波導(dǎo)刻蝕；通過(guò)步進(jìn)式（i-line）光刻完成了高均一性、納米級(jí)波導(dǎo)與復(fù)雜高性能電極結(jié)構(gòu)的跨尺度集成，達(dá)到頂尖制程水平。
同時(shí)，工藝團(tuán)隊(duì)通過(guò)材料 - 器件協(xié)同設(shè)計(jì)創(chuàng)新，在兼顧高集成度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了性能的跨越式突破，關(guān)鍵指標(biāo)全面領(lǐng)先：
調(diào)制帶寬突破110GHz，突破國(guó)際高速光互連帶寬瓶頸
插入損耗＜3.5dB，波導(dǎo)損耗＜0.2dB/cm，顯著提升光傳輸效率
調(diào)制效率達(dá)到1.9 V·cm，電光轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)大幅優(yōu)化
依托中試線平臺(tái)及年產(chǎn) 12000 片晶圓的量產(chǎn)能力，研究院將為產(chǎn)業(yè)合作伙伴提供「低成本」、「快速迭代」、「規(guī)?；慨a(chǎn)」的解決方案。
工藝納入 PDK 體系，中試平臺(tái)賦能產(chǎn)業(yè)生態(tài)
中試平臺(tái)，一頭連著創(chuàng)新，一頭連著產(chǎn)業(yè)。在不斷提升自身科技創(chuàng)新能力的同時(shí)，研究院還打造了開(kāi)放共享的服務(wù)生態(tài)，賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
近期，研究院將發(fā)布PDK工藝設(shè)計(jì)包，本次高性能薄膜鈮酸鋰調(diào)制器芯片的核心工藝參數(shù)與器件模型已全面納入、開(kāi)放共享。該版本 PDK 不僅集成無(wú)源耦合器、分束器、波導(dǎo)陣列和有源熱相移器、電光調(diào)制器等基礎(chǔ)元件模型，同時(shí)涵蓋多物理場(chǎng)協(xié)同仿真模塊，構(gòu)建起標(biāo)準(zhǔn)化光子芯片設(shè)計(jì)體系。
同時(shí)，研究院面向高校、科研院所及企業(yè)提供從概念設(shè)計(jì)到流片驗(yàn)證再到量產(chǎn)的服務(wù)體系，顯著縮短研發(fā)周期，讓創(chuàng)新成果加速“落地生金”：
全流程技術(shù)服務(wù)：開(kāi)放 DUV 光刻、電子束刻蝕等 110 臺(tái)套核心設(shè)備，提供覆蓋芯片設(shè)計(jì)、流片代工到測(cè)試驗(yàn)證的閉環(huán)服務(wù)。
產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新：聯(lián)合高校院所攻關(guān)核心技術(shù)，目前已牽頭承擔(dān)科技部、工信部、發(fā)改委等多項(xiàng)重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目。
硬科技孵化賦能：聯(lián)動(dòng)國(guó)內(nèi)首支光子芯片產(chǎn)業(yè)基金，為初創(chuàng)硬科技企業(yè)提供資金支持及運(yùn)營(yíng)賦能。
研究院構(gòu)建「平臺(tái) + 孵化 + 基金」三位一體的光子芯片工研院模式，打造從平臺(tái)支撐、工藝研發(fā)到場(chǎng)景應(yīng)用的全鏈條生態(tài)閉環(huán)，有力推動(dòng)我國(guó)光子芯片產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)從實(shí)現(xiàn)從 「技術(shù)創(chuàng)新」 到 「生態(tài)賦能」 的戰(zhàn)略躍升。
重構(gòu)智算新范式，賦能國(guó)家戰(zhàn)略需求
除賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展外，上海交大無(wú)錫光子芯片研究院此次雙重成果突破更具里程碑意義，正加速推動(dòng)芯片化光子集成趨勢(shì)下的產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)進(jìn)程。
一、破局 AI 算力瓶頸，驅(qū)動(dòng) "光速計(jì)算" 革命?
在人工智能算力需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的當(dāng)下，傳統(tǒng)電子器件面臨功耗高、帶寬受限兩大核心瓶頸。高性能薄膜鈮酸鋰調(diào)制器憑借超低損耗、超高帶寬、超快傳輸速率優(yōu)勢(shì)，能支撐云計(jì)算、超算中心和5G/6G基礎(chǔ)設(shè)施的場(chǎng)景需求；基于該技術(shù)的光計(jì)算芯片，以 "光傳輸 + 光計(jì)算" 的融合方案，實(shí)現(xiàn)高并行、低延遲、低功耗的AI推理與訓(xùn)練計(jì)算架構(gòu)，從底層破解 AI 大模型訓(xùn)練的算力困局，正成為 AI 算力新基建的核心支撐。
二、實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，構(gòu)建國(guó)家科技戰(zhàn)略高地
隨著技術(shù)鏈逐步完善，薄膜鈮酸鋰光子芯片被用于集成單光子源、波導(dǎo)干涉器和光子探測(cè)器，以多模式耦合的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)更高精度、更快速度的量子態(tài)調(diào)控，為未來(lái)實(shí)用化量子計(jì)算提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，基于該芯片構(gòu)建的混合量子計(jì)算架構(gòu)，更將為光量子計(jì)算的跨平臺(tái)應(yīng)用與多場(chǎng)景拓展提供核心技術(shù)支撐，加速推動(dòng)光量子計(jì)算向?qū)嵱没?、?guī)模化階段邁進(jìn)。
未來(lái)，依托中試線的可拓展優(yōu)勢(shì)，CHIPX將通過(guò)增補(bǔ)設(shè)備、拓展多材料體系、突破多材料異質(zhì)集成技術(shù)，建設(shè)具備穩(wěn)定量產(chǎn)能力的晶圓級(jí)光子芯片產(chǎn)線，打造全球最大規(guī)模的光子芯片產(chǎn)業(yè)基地。同時(shí)，研究院圍繞芯、光、智、算等進(jìn)行科技成果轉(zhuǎn)化及孵投一體的創(chuàng)業(yè)孵化，為光子計(jì)算、量子信息、6G通信、激光雷達(dá)等產(chǎn)業(yè)提供核心保障，助力我國(guó)在新一輪科技革命中搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
