1、工作简介
数据中心、人工智能和云计算等技术的飞速发展导致全球流量需求激增，对高速信息网络的构建提出了前所未有的挑战，包括但不限于高数据传输速率、低功耗和高集成度等性能需求，进而推动了高性能光电子材料与器件的创新研发。薄膜锆钛酸铅（Pb(ZrTi)O3, PZT）铁电材料因其高透明度、优越的化学/热稳定性和高电光系数优势而广受关注，Pockels系数值大于100 pm/V，超过薄膜铌酸锂3倍，有望同时实现低能耗、高速率、高度集成的片上电光调制，突破传统材料体系在带宽和能效上的设计瓶颈；此外，PZT材料成膜工艺简单（化学液相沉积或磁控溅射等），可以在氧化硅上完成大尺寸、高质量晶体薄膜沉积生长，CMOS兼容性强，有利于促进低成本、大规模生产使用，将是下一代新型光电材料的重要选择。
中国科学院半导体研究所李明研究员和国科大杭州高等研究院邱枫研究员合作率先针对晶圆级锆钛酸铅薄膜材料制备和加工展开攻关，利用液相沉积+磁控溅射组合工艺实现了4英寸晶圆薄膜的低成本大规模制备（图1），并成功研制出首个公开报道的新型锆钛酸铅光子集成平台和工艺开发套件PDK库（图2和表1），实现了从材料生长到器件设计与制备的全流程自主可控研发，突破了传统光学材料在制造高速电光调制器时面临的调制带宽和能效制约瓶颈。
图1. 4英寸PZT 晶圆（左）和光子集成工艺平台（右）。
经测试，制备的马赫-曾德尔电光调制器高频调制带宽大于70 GHz，调制效率1.3 V·cm；微环调制器调制带宽大于50 GHz，调制效率0·56 V·cm（图3）。与硅和薄膜铌酸锂等传统光学材料相比，在保留高调制带宽同时实现了调制效率的大幅提升。如表1所示，首版PDK器件库还包括多模干涉器、光栅耦合器、交叉器等，通过模型设计和工艺优化迭代，整体器件性能和器件库完备性还具备巨大的提升空间。该研究成果将助力我国下一代新型光学材料平台及工艺技术的国产化研发和产业化应用，为光通信和光计算等信息光子技术发展提供重要的材料平台支撑（图4），打破国际垄断、实现先进光芯片技术自主可控。
图3. PZT 电光调制器性能指标。（a）和（b）是马赫-曾德尔电光调制器结构和调制特性；（c）和（d）是微环电光调制器结构和调制特性。
图4. PZT平台技术和功能芯片的未来展望。
该工作以 “PZT photonic materials and devices platform”和 “Broadband PZT electro-optic modulator”为题目，在Journal of Semiconductors上发表两篇短篇通讯论文，快速报导了成果与进展。
本工作得到国家自然科学基金“国家杰出青年科学基金项目（61925505）”、“国自然青年基金项目（62405070）”，以及浙江省尖兵领雁项目（2024C01112）、国家重点研发计划（2023YFB2807100）资助。
2、作者简介
谢毓俊，2021年博士毕业于复旦大学，物理电子学专业。
王鹏，2017年博士毕业于日本静冈大学，光电子专业。
于洪岩，2023年博士毕业于浙江大学，光学工程专业。
邱枫， 中国科学院杭州高等研究院教授。
李明，中国科学院半导体研究所研究员，博士生导师。
3、文章链接
详情请点击论文链接：
PZT photonic materials and devices platform
《半导体学报》简介：
《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。2024年，JOS最新影响因子为4.8，排在凝聚态物理学科22/79，近Q1区。
“半语-益言”系列讲座
借一言半语，聊“核芯”科技，“半语-益言”全四季直播讲座回放链接：
https://www.koushare.com/topicReview/byyy/68
2024年第五季直播讲座将不定期举办，敬请关注。
“半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：
《半导体学报》于2020年初启动实施 “半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：jos@semi.ac.cn，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。
JOSarXiv预发布平台简介：
半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。
JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！
