薄膜铌酸锂、钽酸锂是下一代集成光子芯片的核心基底，但本征绝缘特性制约片上光电探测实现。山东大学团队依托畴工程结合光学超表面，无需掺杂与异质集成，在铁电薄膜原生基底上构建自驱动光电探测器，为光子芯片链路一体化设计提供新路径。
「READING」
片上探测长期依赖外挂倒装
集成光子芯片已成为行业公认的核心技术方向。在高速光通信、AI 算力传输需求持续攀升的背景下，薄膜铌酸锂（TFLN）、薄膜钽酸锂（TFLT）凭借优异的电光调制、非线性光学性能，是当前光子芯片产业化最受关注的材料平台，国内多条 TFLN 产线也正加速落地。
材料本征绝缘，带来难以绕开的工程短板。铌酸锂、钽酸锂单晶薄膜属于优良绝缘体，本征导电能力极弱。长期以来，基于这两类材料的光电探测大多只能依靠热释电机制，响应特性受限，很难直接集成在光子芯片同一基底上。
当前商用方案仍以外挂、倒装键合为主。在商用薄膜铌酸锂光子芯片链路中，光电探测单元大多采用外挂、倒装键合的方式单独接入。这种方案工艺成熟，却持续带来多重成本与性能损耗：额外封装工序拉长生产流程、引入更高的光插入损耗、器件整体体积难以压缩，同时多芯片耦合也会降低系统长期稳定性。片上一体化光电探测，一直是薄膜铌酸锂光子链路里亟待补齐的一环。
同基底原生构建光电探测器
山东大学团队跳出传统思路，走出差异化技术路线。针对这一瓶颈，山东大学陈峰、贾曰辰教授团队提出了一条差异化技术路线，跳出掺杂改性、外延异质感光材料的传统思路，利用畴工程与光学超表面协同设计，直接在 TFLT、TFLN 单晶薄膜内部打造单片集成的自驱动光电探测器。
核心创新：从"随机掺杂改性"到"精准几何编程导电"。该方案在绝缘铁电薄膜内部诱导可控的局域极化反转，搭建周期性导电畴壁网络。材料导电能力不再依靠杂质掺杂，而是通过超表面周期、占空比等几何参数进行编程调控。在优化参数条件下，钽酸锂薄膜导电畴壁网络电阻率可低至 2.6×10⁻⁴ Ω·m。
光场增强区恰好落位导电畴壁，工作机理不同于热释电探测。光学超表面与导电畴壁在空间上精准重合：超表面结构激发导模共振，在纳米孔底部边缘形成局域强光场，而导电畴壁恰好分布在光场增强区域，光照下产生稳定光电流，工作机理和传统钽酸锂热释电探测有着本质区别。从工艺指标来看，这套制备工艺良率可达 92%，批量样品电学指标浮动 6%、光学指标浮动 11%，展现出不错的可复制性。
迁移至薄膜铌酸锂平台验证，性能与稳定性双达标。团队随后将这套设计迁移至薄膜铌酸锂平台完成验证。依靠调整超表面结构尺寸，器件峰值响应波长能够从可见光波段灵活调控至通信波段，自驱动模式下响应度可达 0.1 A/W，施加偏压后光电响应可以线性提升，综合性能优于现有 LN/LT 体系光电探测方案。器件稳定性经过多维度验证，连续 100 次工作循环、室温存放 一年后性能无明显衰减，同时完成选择性光学成像、光数据传输功能验证。
新工艺对微纳装备提出新命题
从实验室走向产业化，微纳加工与表征设备迎来新考题。整套器件制备高度依赖高精度局域畴写入工艺，区别于常规均匀极化处理，对铁电畴极化装备的空间控制精度提出更高要求；光刻系统需要匹配超表面纳米结构的加工公差，保障结构尺寸一致性，这直接决定共振波长和导电畴壁的匹配效果。
表征端以 PFM 压电力显微镜为核心。PFM 用于直观获取薄膜内部极化分布，确认导电畴壁位置；搭配光谱测试系统、光电综合测试平台，完成导模共振谱、响应度、可靠性的定量测试。行业也在持续关注：现有商用微纳加工、PFM、光学表征设备，能否稳定复现导电畴壁的制备效果，设备配套工艺参数体系还需要持续打磨。
结语
该成果证明，无需异质键合、无需外延新材料，就能够在铁电光子基底上集成光电探测功能。一旦后续和现有铌酸锂光子代工工艺兼容，有望简化光子芯片链路架构，降低封装成本与光损耗，为可重构多功能光子芯片开辟新的实现路径。
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