突破性进展！我国科学家开发出可规模制造的光子芯片材料

迦嘿嘿:
这泼天的流量终于砸到我头上了吗？狠狠接一波！（看到bilibili热搜第一的震撼，谢谢大家的关注！）☺️来自异质集成团队的小伙伴来简单给大家梳理一下思路：现在我们大家用的传统电学芯片都是通过不断微缩微纳电子器件来提高芯片的处理速度，但是呢，电芯片上面的器件受限于物理极限，所以不可能无限小，而且其功耗和发热都极大地限制了我们芯片的性能😣。光子芯片就可以绕开这个问题，因为光子和电子一样都是电磁波，但是仅通过微米级别的波导结构下束缚的光具有超高速度、可并行计算和低能耗等优势，也就是说在深紫外光刻机的加工精度下，光子芯片就可以在性能上超越高制程下的电芯片👍，当然光芯片的相关产品落地仍然需要解决许多的问题。 目前光子芯片的材料平台主流采用硅基衬底和薄膜铌酸锂，前者是因为便宜，而后者是因为光学性能更好，但是硅基材料本身的电光特性缺失而铌酸锂成本又太高，所以光子芯片产业化进程推动缓慢。所以我们课题组就做了一个”鱼🐟和熊🐻掌👏🏻兼得“的工作，也就是此次工作的主角——薄膜钽酸锂！🎉🎉🎉钽酸锂是一种在射频滤波器中被广泛商用的材料（小伙伴们手机里可能就有他哦🤓可以去问问厂商们），因此制备成本较低、具有可批量生产的潜力。基于晶圆级流片工艺，我们首次加工出薄膜钽酸锂光子芯片，还验证了与铌酸锂光子芯片相当甚至更优秀的光学性能😏！就连美国五星上将麦克阿瑟都不禁感叹：“我本以为铌酸锂已经天下无敌了，没想到有材料比他更勇猛，这是谁的部将？”🤔🥰 先前这种材料平台及其滤波器应用相关的专利一直被日本企业垄断，而我们本次的工作也是实现了薄膜钽酸锂超大晶圆的国产化🇨🇳🇨🇳🇨🇳 ，并且完成了从材料制备，流片工艺，器件设计再到光学测试的全流程体系❤️，未来我们也会不断推动钽酸锂芯片相关产业的发展，应用预计会面向5G/6G射频滤波器、光计算、激光雷达甚至是微波-量子领域！٩(๑^o^๑)۶ 最后欢迎大家关注中国科学院上海微系统所的异质集成XOI课题组！☺️可以关注我们的公众号【异质集成XOI技术】，我们的公众号里有更多相关工作哦！🥰欢迎大家一起学习、交流、讨论！[给心心][给心心][给心心]

【回复】我这是真的飘了，虽然字都认识，也读的通，读完以后宕机了。。
【回复】[喜欢][喜欢]感谢师兄深夜科普呀，路漫漫，努力学习奋斗！
【回复】回复 @敕命上天龙国人 :可以去我们的公众号看看哦！会有更多的内容！也可以交流讨论滴
落苏的双重生活:
通俗来讲，原先芯片都在大硅片上做，未来芯片可以在这个材料上做，成为光子芯片，速度更快且可量产。

【回复】而且比较重要的一点是，这个结构只有顶层材料是单晶的钽酸锂，和我们常用到的SOI结构的不同点几乎只有这个顶层材料
【回复】看了下简介,好像不是传统电子芯片的替代,他这是用来做激光雷达、精密测量这些方面的,那就没啥大用了啊.
【回复】回复 @惊雷之吼 : 光子芯片和芯片 类比于 光缆和电线
TFLBLF:
大概是说现在的芯片以电流为信息载体，以后的以光为载体，功耗更低时延更小

【回复】简洁明了，但我还是看不懂[doge]
【回复】曾经闹过笑话，所以真正量产前别太兴奋
路过一班的小学生:
有大佬科普一下这是什么东西吗[笑哭]性能上跟常规芯片相比有哪些不同

【回复】这东西超我知识范围了，这个属于量子计算机领域的知识，你找找量子领域的大佬吧…
【回复】火车刚出来跑不过马车，但是后面嘛[doge]
【回复】楼里别误导嗷，这个就是光子芯片和量子没有关系
惊蛰拂晓别江南:
大家可以看看这个知乎回答，提问者提问中国在近代对世界基础科学的贡献有哪些，回答者诺列出了一百多项科学成果(这里面只包含基础学科数理化生，不包含工业工程科技成果)： https://www.zhihu.com/answer/3467197065 这个应该多多宣传，很多都是世界级的伟大成果，好多人都不清楚咱们国家科研居然这么牛，我也是前几天才知晓[笑哭]

【回复】回复 @听取啪声一片 :因为是西方人评选的罢了，诺贝尔奖又不喜欢发给中国人
【回复】回复 @听取啪声一片 :因为科学有国界
【回复】回复 @听取啪声一片 :美国总统能得和平奖你就知道他具体是干嘛的了
叫兽的爱啊:
啥三明治结构，既然是国产的，那就叫肉夹馍结构[藏狐]

【回复】大半夜的饿了，这就去点个肉夹馍
【回复】胡说，明明是馍夹肉结构。[妙啊]
【回复】三明治只是概念，说肉夹馍就饿了[doge]
有节操的馨风:
和量子通信一样，已经超过我此生所学了，看都看不懂，根本无法理解。[笑哭]

【回复】没事，我是研究生，专业不对口，我也看不懂[妙啊]
【回复】回复 @妮可and冰糖 :隔行如隔山可不是说说而已[妙啊]
【回复】正常，研究生博士跨方向也要费好大劲才能弄明白[doge]
龙登临:
致敬中国科研人 致敬所有建设中国的栋梁们

【回复】回复 @lam5cc :科研人也纳税
【回复】回复 @lam5cc :[doge]你俩再说一件事吗
【回复】回复 @lam5cc :[doge]你可以去其他视频下面说，我是搞科研的，我也是纳税人但我不是军人
胡为乎山中:
传统芯片＝铜芯电话线 光子芯片＝光纤 可以这么理解吗？[吃瓜][吃瓜]

【回复】回复 @GS-crookedm :在雷达，通信，电子战领域需要光电/电光转换，具有大带宽，低功耗，抗电磁干扰等优势。但是有些领域，比如，光频梳测量，光谱检测等，则不需要。
【回复】换个形容词，光脑[滑稽]
【回复】那芯片要光电转换才能使用吗？
houseyqh:
看原论文大概讲的背景是电光光子集成电路这种技术具有一些独特优势，可以在传统半导体芯片工作电压下实现高速通信乃至AI加速等用途。作者们做的工作是发现了一种新的材料，让这种光子芯片的规模化量产成为了可能。另外制造方面用的是DUV光刻机，应该是不用担心被卡脖子的[藏狐] 来自一个某不知名院校毕业的菜鸡光电信息专业学生，毕设接触过光通信，略懂皮毛而已。还是当时基础知识学的不太过关，论文越往下看越汗流浃背[笑哭]

【回复】+1汗流浃背了，用于批量生产的钽酸锂光子集成电路Lithium tantalate photonic integrated circuits for volume manufacturing
【回复】回复 @老龙di :你这语序，是机翻的吧？
【回复】某不知名国内前三光工学校是吧
每日电子榨菜:
光子芯片估计在耗电量上有可观的降低

【回复】目前光子芯片主要都是用在通信领域上，离渲染计算等差的好远
【回复】光通信，不是光计算，用途是光猫不是你pc里面的cpu
【回复】回复 @粉毛粉末粉面 :这个主要是通信行业的吧
老曹不行:
虽然我不是专家，但是光子芯片还是很厉害的，因为他在阿尔法射线和β射线的对撞之下，可以产生西格玛粒子，然后再加上葱姜蒜就可以大火收汁了

【回复】这个光子芯片是红烧口味的嘛
【回复】你就说这个材料能不能炒糖色吧
【回复】要拌42号混凝土，根据杠杆定律，可以在二硫化晒的催化反应下产生足够的高能蛋白
狂风席卷:
啊这，每个字都认识，但不知道是什么意思[笑哭]

【回复】[doge]就是说可以批量生产光子芯片了
【回复】刀的材料又不止一个，我们找到了另外一把刀就这样
【回复】回复 @我老婆司藤 :光子芯片现在多应用于数据中心的光收发器上，和通常大家熟悉的应用于手机里面的集成电路芯片不太一样。
伊达弥宗:
欧老师回国之后真是十年如一日地带课题组专攻这个方向，对自己的学生也很好，是各种意义上的好导师好学者，这样的成果是对欧老师最好的回报。

【回复】所以优秀的学者一定是会站在学生角度想问题的，把学生当工具使唤的叫兽给他提着都不配
【回复】太羡慕欧老师组了，据说给学生发金币，甚至还带学生旅游[百变星瞳_才八点]
Lee--一十五:
某些人注意一下，这已经在nature上发表论文了，就别尬黑了，你要偏说nature是二流期刊我也没话说

【回复】之前不是，但是中国人多了就是了[脱单doge]
【回复】回复 @吃饭睡觉被豆打 :哈佛离二流大学不远了🧐
动机不cun:
猜一下：理论上讲，电和光差不多，但是电子的运动在导体内其实是导体单质之间不断的手对手传递，因此在电流流动的环境下，电阻越低，发热越少，在电学方面一直都在追求一种理想介质，而当前的理想介质都在讲低温，实际应用中就只有不理想介质用，而不理想介质想要做更细，电阻就越高，能耗就越高；但是光不一样，光导体内部对光的限制相比于电子就低得多，一束光发射到另一边大多还是这束光，对于光的反射、光的衍射、光的干涉的研究已经相当久了，电子是被推着走的，但是光确实是自己跑的，单就这一点就注定了光的发热会低于电路，只要赋予不同的光不同的频率就会是完全不同的光束，相比于电路，光的同路在同一时间可以复用，能够极大地解决带宽问题，原本需要独立存在的几条电路，现在只需要独立的出入口，其中的含义不言而喻； 当然，当一切都转变为对应的出入口，那么也便不必限定芯片为二维的片状，毕竟当线路可以独立的时候，直线、球体，永远都会是最理想的做法，或许未来真的只需要极少数的芯片，每个人都只需要云处理器就能满足日常需求，或许那时候以三维光为导线的人工智能便能完全超越以三维电为基础的人了吧

【回复】就是光导和电导传递信息差不多，光导不会让电器发热，而且还能开发出更牛批的芯片（可能到时候就叫“芯块”了）
【回复】回复 @镳市宸抹 :通常来讲，用光子电路做逻辑门是很难的，因为单个逻辑门是非线性变换，而光在传统材料（SOI）里通过干涉得到的变换通常是线性的。但如果能利用上光的非线性效应，情况就会不一样。这个材料就比较容易实现光学的非线性，这就有可能实现规模化的光学逻辑门。当然，光学逻辑门有自己独特的特性，即使做出来了，也会和传统的逻辑门不一样，目前的人类发明出的算法也需要大量调整。
【回复】回复 @迪迦の奥特曼 :主要说的就是发热低，因为光不需要考虑电阻，而且因为现在的芯片是在硅片上蚀刻出来的，只有一层，空间利用率低，而光路的自由度就高多了，可以突破传统芯片的结构模式。
houseyqh:
根据视频内容总结，这种芯片差不多就是把一般硅基芯片上面蚀刻的电路换成光波导，传播介质从电换成了光，感觉有点意思[脱单doge] 这边再贴一个Nature原论文链接，Open Access的，有兴趣可以读下[脱单doge] https://www.nature.com/articles/s41586-024-07369-1

【回复】统一回复下，这篇文章大概讲的背景就是电光光子集成电路这种技术具有一些独特优势，可以在传统半导体芯片工作电压下实现高速通信乃至AI加速等用途。作者们做的工作是发现了一种新的材料，让这种光子芯片的规模化量产成为了可能。另外制造方面用的是DUV光刻机，应该是不用担心被卡脖子的[藏狐] 来自一个某不知名院校毕业的菜鸡光电信息专业学生，毕设接触过光通信，略懂皮毛而已。还是当时基础知识学的不太过关，文章越往下看越汗流浃背[笑哭]
【回复】这篇应该是在LiTaO3材料上首次做了一个光学器件的意思。它先介绍了该材料在氧硅上的生长工艺（这个是很重要的，目的在硅电芯片上集成光电的部分，以达到光电和光学芯片的高集成度），然后后面做的器件是一个谐振腔结构，且是有一个电极长上去了，相当于直接通电就能产生某些性质的光（但不是激光器，我理解是可能离激光器的出光质量有一定差距），最后应该是用这个谐振器来讨论了一下这个材料的一些性质，主要应该是用于展示这个材料之前没有探究过的一些发光性质。亮点的话，应该就是第一次在这种材料上做了一个器件，还借此讨论了材料性质，一般这种在新材料体系中做出一个器件就值nature了，而且它一步到位做到了光电结合的器件，这个比较少有人这么激进的，在半导体工艺上存在难点，文章的说法主要难点在刻蚀之类的问题上，光刻难度倒不大，毕竟器件尺寸挻大。 苯人做三五族光电器件的小白一枚，只看出这么多了，有错误大家见谅[灵魂出窍]，另外它这个材料体系目前市场期待如何求大佬科普一下，如果预期好的话后实用价值还是挺大的，才疏学浅之前没听说过这个合金体系的东西（碎碎念一句他这个东西在氧硅上面长的挺漂亮的，好多三五族的材料在硅上面长的惨不忍睹）
【回复】我研究生就是做硅光芯片设计的，和传统的硅基芯片不是一个赛道，目前应用领域非常窄，至少几十年内是替代不了传统芯片的
乌喵喵:
高速堵车堵死了，但是你想不到吧？老子上高铁了～哈哈哈哈～[滑稽][滑稽]

【回复】回复 @七次鄙视自我灵魂 :反思哥
【回复】回复 @アビシニア :有点眼熟，原来是上次忘记拉黑了，被家访了80多条还跑出来吠，精力是挺旺盛的[妙啊]
【回复】回复 @七次鄙视自我灵魂 :还有你幽默小丑哥[星星眼][星星眼][星星眼]