本文来源：逍遥设计自动化
简介
一直以来，铌酸锂（LN）因其出色的波克尔斯效应和低光损耗而成为电光调制器的首选材料。然而，由于异质集成的困难，将铌酸锂与硅基光电子集成一直是一项挑战。通过微转移印刷将铌酸锂薄膜（TFLN）集成到硅基光电子集成电路（PIC）上是很有前景的方法。本文介绍根特大学的研究人员如何通过微转移印刷将铌酸锂薄膜集成到硅基光电子晶体腔上，从而展示了非常紧凑的光子晶体调制器。
异质集成方法
研究人员首先使用标准的 193 纳米浸没式光刻技术，在 300 毫米绝缘体硅 （SOI） 晶圆上制作了一个硅基光电子电路。该电路包含一个一维（1D）光子晶体腔，旨在实现 ~1550nm 波长的共振。
与此同时，还制备了一个带有完全悬浮 TFLN 小矩形片的源芯片。包括对市售的绝缘体上的铌酸锂（LNOI）芯片进行图案化和蚀刻，然后进行释放蚀刻以完全悬浮 TFLN 小块。
如图 1 所示，创新的关键在于使用微型转移打印机从源芯片上拾取悬浮的 TFLN 片，并在非常紧凑的区域内将其直接打印到硅基光电子电路上。
在印刷 TFLN 薄膜后，最后一个电子束光刻步骤将金属电极图案化，以便在 TFLN 上施加电场进行调制。
器件设计
一维光子晶体腔体由周期性的孔阵列组成，孔的半径可调，以设计共振波长和线宽。腔体的整体尺寸仅为 420nm x 11μm。通过用集成的 TFLN 层覆盖该空腔，外加电场可通过 LN 中的波克尔斯效应调制谐振波长。
表征结果
如图 2a 所示，制造出的器件在 1581nm 波长处产生了尖锐的共振，消光比超过 30dB，插入损耗仅为 2.6dB。这表明成功实现了光子晶体空腔共振。
在 TFLN 层电极上施加电压可移动谐振波长，从而实现电光调制。如图 2b 和 2c 所示，测得的调谐效率为 6.23pm/V，令人印象深刻。
为了评估调制带宽，研究人员使用矢量网络分析仪进行了频域测量。测得的 3dB 光电调制带宽为 3.5 千兆赫，如图 2d 所示。
优势和应用
这项工作展示了微转移印刷方法在异质 Si-LN 集成方面的几大优势：
通过微转移印制技术实现的紧凑、高效 Si-LN 调制器可应用于电信、数据通信、激光雷达、光量子和其他受益于集成铌酸锂功能的领域。进一步提高带宽、均匀性和工作波长是该领域正在进行的研究领域。
结论
这项研究成果凸显了微转移印刷 TFLN 作为下一代集成光电子调制器及其他线性和非线性光电子器件（结合铌酸锂和先进的硅基光电子电路）的强大平台的前景。
参考文献
[1]Y. Tan et al., "Compact Photonic Crystal Si-LN Modulator Realized by Micro-Transfer Printing," Photonics Research Group, Department of Information Technology (INTEC), Ghent University - imec, Ghent, Belgium; IDLab, Department of Information Technology (INTEC), Ghent University–imec, Ghent, Belgium; OPERA-Photonique CP 194/5, Université Libre de Bruxelles, Brussels, Belgium, 2024, pp. 1-6, doi: 979-8-3503-9404-7/24/$31.00 ©2024 IEEE.
