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薄膜鋯鈦酸鉛鐵電材料可在氧化硅上完成大尺寸、高質量晶體薄膜沉積生長，利于實現(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計瓶頸，實現(xiàn)低能耗、高速率、高度集成的片上電光調制。

中國科學院半導體研究所研究員李明聯(lián)合中國科學院大學杭州高等研究院研究員邱楓，對晶圓級鋯鈦酸鉛薄膜材料的制備與加工展開攻關。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，研制出首個公開報道的新型鋯鈦酸鉛光子集成工藝開發(fā)套件PDK庫。這一研究實現(xiàn)了從材料生長到器件設計與制備的全流程自主可控研發(fā)，突破了傳統(tǒng)光學材料在制造高速電光調制器時面臨的調制帶寬和能效瓶頸。

測試顯示，研究制備的馬赫-曾德爾電光調制器高頻調制帶寬大于70GHz，調制效率1.3V·cm；微環(huán)調制器調制帶寬大于50GHz，調制效率0·56V·cm。與硅和薄膜鈮酸鋰等傳統(tǒng)光學材料相比，該材料在保留高調制帶寬的同時提升了調制效率。首版PDK器件庫包括多模干涉器、光柵耦合器、交叉器等。通過模型設計和工藝優(yōu)化迭代，整體器件性能和器件庫完備性存在提升空間。

這一成果有望助力下一代新型光學材料平臺與工藝技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用，為光通信和光計算等信息光子技術發(fā)展提供材料支撐平臺。

近日，相關研究成果發(fā)表在《半導體學報》（Journal of Semiconductors）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部和浙江省的支持。