復旦大學科研團隊研發基于全無機鈣鈦礦的多功能集成光子器件

隨著后摩爾時代信息技術的發展，高效的有源片上集成光子器件得益于其超快的傳輸速率、極低的能耗、強力的抗干擾能力以及豐富的調制手段，對推進未來信息處理與計算科學領域的突破具有至關重要的意義。近年研究發現，鹵素鈣鈦礦作為一種直接帶隙半導體材料，具有優異的光電性能，并且經過圖案化工藝后表現出非凡的激光和波導特性。因此為實現集成光子芯片提供了一種新的材料平臺。

近日，復旦大學微電子學院器件工藝團隊通過化學氣相沉積法生長出高質量的銫鉛溴（CsPbBr3）單晶鈣鈦礦薄膜，利用聚焦離子束刻蝕技術在單晶薄膜上精確地刻出不同形狀和尺寸的微納結構，由此制備的微米線激光器展現出高度相干的光子型激射，其激射閾值為48.7 μJ/cm2，品質因子高達2460。

在此基礎上，研究團隊進一步制備出多種多功能的集成光子器件，其中包括波導耦合器、Y型分束器、X型耦合器和馬赫-曾德爾干涉儀等，可應用于實現光子芯片上的信號生成、傳輸、分離和調制等功能。由此基于鈣鈦礦半導體的集成光子器件展示了單晶薄膜作為光源和操作元件的潛力，為未來的集成光子芯片提供了一種新的材料系統和制備方法。同時，這些光子器件還可以與其他功能元件結合，實現更復雜的光信號處理和邏輯運算，為未來的集成光子學和量子信息技術的發展開辟了新方向。

相關成果以“Inorganic Perovskite-Based Active Multifunctional Integrated Photonic Devices”為題發表于《自然·通訊》（Nature Communications|(2024)15:1536）。復旦大學微電子學院教授季力、青年研究員胡申、教授孫清清為共同通訊作者，信息科學與工程學院副研究員王俊為合作通訊作者，微電子學院博士生韓琦為第 一作者。

本研究得到國家自然科學基金、科技部重點研發計劃、上海市科委啟明星計劃的支持。