【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所王立军院士团队在Light: Science & Applications上发表题为“Advancements in Transfer Printing Techniques and Their Applications in Photonic Integrated Circuits” 的综述论文，论文共同通讯作者为梁磊研究员、陈泳屹研究员、雷宇鑫副研究员和王立军院士，论文第一作者为博士生于灿。
该文章系统梳理了转印技术的前沿进展，阐述了其在光子集成电路中集成Ⅲ-Ⅴ族半导体器件的具体应用，论证了转印技术在实现高性能、高可靠性光子集成电路方面的巨大潜力，为提升转印良率和精度提供了关键理论指导，对于目前转印技术面临的技术挑战和未来发展方向也做出前瞻性讨论。
硅基光子学作为高性能光芯片的主流平台，其发展长期受制于一个根本性难题：硅材料无法高效发光，难以实现片上激光器与放大器。为此，学术界与产业界致力于将发光的III-V族半导体与硅光芯片集成，但传统方法各有局限——外延生长得到的器件性能稳定性有待提升，晶圆键合虽然适合高密度集成但存在工艺兼容问题，倒装芯片则成本高、精度受限。近年来，转印集成技术成为突破上述瓶颈的关键路径。该技术利用弹性印章“拾取”已制备好的III-V器件，并精准“打印”至硅基光芯片上，兼具高精度、高效率和工艺兼容性优势，已成功应用于多种高性能硅基与氮化硅基半导体激光器、光放大器和探测器等核心功能元件的集成，为拓宽光子集成电路的应用范围奠定了坚实的技术基础。
目前，团队结合弹性体印章速率依赖粘附效应和仿壁虎结构的剪切增强的转印方法，已成功应用于多种硅基、氮化硅基功能性光学元件的集成。基于该技术制备的半导体光放大器、激光器、光电探测器、调制器和光开关等光学元件均展现出优异性能，充分验证了该集成路径的可靠性与灵活性。
面向高密度集成的精度与跨学科协同，目前商用转印工具对准精度为±1.5μm(阵列)和±0.5μm(单器件)，需进一步提高以实现Ⅲ-Ⅴ族元件和波导的高效光耦合；微米级印章结构难以适配纳米级元件和材料薄层，相关工艺仍需突破；文中讨论的转印技术在成本、工艺复杂度、产量和操作时间之间需系统权衡；研制出广泛兼容、适合工业生产的印章至关重要；该技术已在皮米级分辨率光谱仪与量子芯片中验证潜力，有望进一步推动可重构光子系统、柔性电子等方向发展，并未集成纳米级光学器件提供可靠路径。
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