突破!高性能硅基多晶BTO电光薄膜实现晶圆级可定制制备

发布时间：2026-05-07 17:50:25

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近日，湖北省纵恒光电有限责任公司与华中科技大学集成电路学院合作，在钛酸钡（BaTiO₃，BTO）研究领域取得重要进展，成功开发出一系列可在 Si（单晶硅）、SiO-Si（氧化硅/硅复合衬底）、SiC（碳化硅）、石英玻璃、蓝宝石、氧化镁等多种基底上异质集成的BTO电光薄膜晶圆产品，具备向高速光通信、光互连及量子光学等前沿领域推广的潜力。

产品背景

集成光子学的发展对核心材料提出了越来越高的要求：高电光系数、低光学损耗、CMOS工艺兼容性以及大尺寸晶圆的可扩展性。钛酸钡（BaTiO₃，BTO）凭借其优良的泡克尔斯效应，长期被视为理想候选材料。然而，在硅基底上制备高质量、取向可控的多晶BTO薄膜并实现稳定电光性能，一直是学术界与产业界的难点。

产品参数

1.电光系数

≥ 200 pm/V。主流薄膜铌酸锂的电光系数通常在30 pm/V左右，BTO薄膜在同等器件长度下可实现更低的半波电压，有助于缩小调制器尺寸并降低驱动能耗。

2.折射率

在1550 nm通信波段约为2.06，具备良好的光场限制能力，适合构建高集成度波导器件。

3.透光范围

0.6 μm ~ 2.5 μm，覆盖可见光至中红外波段，可适配多波长应用场景。

4.消光系数

在波长大于500 nm的范围内，消光系数κ ≈ 0，表明材料在相关波段基本不存在本征吸收，本征传输损耗极低。

产品可定制能力

1.可定制晶圆尺寸：

可提供4英寸、6英寸及8英寸三种规格。

  2.可定制基底：

包括单晶硅（Si）、二氧化硅/硅（SiO₂-Si）、碳化硅（SiC）、石英玻璃、蓝宝石、氧化镁等。不同基底可针对不同应用场景优化。

  产品前景

本产品的核心价值在于，通过优化的缓冲层与生长工艺，突破了BTO与硅之间晶格失配与热失配导致的薄膜质量瓶颈，在4-8英寸晶圆上实现了高光学质量且电光响应稳定的BTO薄膜，工程化电光系数≥200 pm/V，可显著降低调制电压与器件长度。该成果拓展了集成光电子学的材料选择空间，且支持多种基底定制以降低集成门槛。基于上述性能，该BTO电光薄膜有望应用于高速硅光调制器与光开关、激光雷达相控阵天线、低温量子光子芯片以及覆盖0.6–2.5 μm的中红外传感与光谱分析等前沿领域。

  总结

纵恒光电公司推出的硅基BTO电光薄膜，兼顾了高性能电光响应、低光学损耗、宽透光范围以及工业可接受的晶圆规格。这一进展不仅为国产集成光子材料库增添了重要成员，也为后续研发更高电光系数、更低损耗的实用化薄膜器件奠定了坚实基础。随着工艺成熟度的进一步提升，BTO电光薄膜有望成为继铌酸锂之后又一重要的光电异质集成平台。