在光子集成領(lǐng)域，研究者往往把注意力集中在波導(dǎo)設(shè)計(jì)、耦合結(jié)構(gòu)和封裝工藝上。但有一類問題容易被忽略——襯底本身的雜質(zhì)污染。銅在標(biāo)準(zhǔn)硅晶圓中作為半導(dǎo)體工藝的常見元素，會(huì)在高溫或刻蝕過程中擴(kuò)散到介質(zhì)層，形成吸收中心，導(dǎo)致諧振腔Q值下降、熱漂移加劇、孤子產(chǎn)生不可控。這些問題在單器件級(jí)別可能不明顯，但當(dāng)工藝放大到晶圓級(jí)、產(chǎn)品走向批量制造時(shí)，銅污染就成了良率和一致性的隱形殺手。

Deeplight推出的一款無銅硅晶圓，試圖從根源上切除這一病灶。北京泰坤工業(yè)設(shè)備有限公司將該材料平臺(tái)引入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，以下從技術(shù)邏輯和應(yīng)用價(jià)值兩個(gè)維度分析。

銅污染：低損耗光子集成的“隱形雜質(zhì)”

標(biāo)準(zhǔn)硅晶圓在制造過程中，襯底硅中不可避免存在微量銅。在后端工藝（如沉積、刻蝕、退火）中，銅會(huì)擴(kuò)散到熱氧化層和氮化硅波導(dǎo)層中。即使是痕量級(jí)的銅（ppm或ppb級(jí)別），也會(huì)在1550 nm通信波段形成吸收中心。

吸收帶來的問題有兩個(gè)：

1. 光學(xué)損耗增加：直接降低諧振腔的Q值，影響非線性效應(yīng)如克爾孤子產(chǎn)生的閾值和效率。

2. 熱漂移：吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱，改變局部折射率，導(dǎo)致諧振頻率漂移。在低重復(fù)頻率（如40 GHz）的微腔中，熱效應(yīng)尤其敏感，孤子形成變得不可預(yù)測(cè)，甚至需要復(fù)雜的主動(dòng)反饋系統(tǒng)來鎖定。

傳統(tǒng)做法是通過工藝優(yōu)化（如增加隔離層、控制退火條件）來減輕銅污染的影響，但這只是緩解，不是解決。Deeplight的解決思路更加聰明：在襯底層面就移除銅的來源。

無銅硅晶圓：從源頭解決問題

Deeplight提供100 mm和150 mm規(guī)格的無銅硅晶圓，熱氧化層厚度可在0–9000 nm范圍內(nèi)定制，硅襯底厚度300–500 μm，最小起訂量10片。該晶圓通過獨(dú)特技術(shù)防止銅擴(kuò)散到光子器件層，且不改變標(biāo)準(zhǔn)光子工藝流——用戶無需調(diào)整現(xiàn)有的刻蝕、沉積或封裝流程，直接替換襯底即可。

數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的案例很有說服力：在40 GHz自由光譜范圍（FSR）的氮化硅微腔中，熱敏感性本身就很高，傳統(tǒng)含銅晶圓上的器件孤子臺(tái)階明顯縮短，導(dǎo)致單孤子態(tài)難以穩(wěn)定維持。而無銅晶圓上的器件，孤子形成過程確定、可重復(fù)，無需復(fù)雜調(diào)諧方案即可產(chǎn)生穩(wěn)定的單孤子光譜。

這一效果在圖2中有直觀對(duì)比（左側(cè)為銅污染對(duì)孤子臺(tái)階長(zhǎng)度的影響，右側(cè)為無銅晶圓上100 GHz FSR微腔的單孤子光譜）。這也解釋了為什么Deeplight敢聲稱“確定性的孤子產(chǎn)生”——對(duì)于工業(yè)用戶而言，這意味著從科研驗(yàn)證到批量生產(chǎn)的關(guān)鍵一步。

適用于哪些場(chǎng)景？

無銅硅晶圓不是一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品，而是一個(gè)底層材料平臺(tái)，其價(jià)值體現(xiàn)在它為上層器件帶來的可重復(fù)性和穩(wěn)定性。Deeplight列舉了幾個(gè)主要受益領(lǐng)域：

• 高性能微梳：高Q值、低熱漂移是穩(wěn)定克爾孤子產(chǎn)生的前提。無銅襯底直接提升了微梳產(chǎn)品的良率和一致性。

• 下一代激光雷達(dá)：調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá)需要線性掃頻和低相位噪聲，諧振腔的穩(wěn)定性直接影響測(cè)距精度。

• 精密傳感平臺(tái)：如光纖陀螺、諧振式光學(xué)陀螺，對(duì)熱漂移和損耗極其敏感。

• 通信系統(tǒng)：波分復(fù)用濾波器和可調(diào)諧光濾波器，需要穩(wěn)定的諧振波長(zhǎng)。

• 量子光子器件：量子光源對(duì)損耗和噪聲的容忍度極低，無銅襯底提供了更干凈的環(huán)境。

與代理公司的關(guān)聯(lián)

北京泰坤工業(yè)設(shè)備有限公司作為Deeplight在中國(guó)市場(chǎng)的授權(quán)代理，可以供應(yīng)4英寸和6英寸無銅硅晶圓，并提供技術(shù)咨詢。對(duì)于研發(fā)團(tuán)隊(duì)而言，MOQ 10片的門檻不算高，適合進(jìn)行小批量工藝驗(yàn)證。而對(duì)于代工廠或大規(guī)模生產(chǎn)用戶，可進(jìn)一步協(xié)商更大批量的供應(yīng)方案。

需要指出的是，Deeplight本身也是一家光子集成器件制造商（如微梳、激光器）。它對(duì)外銷售無銅晶圓，意味著其材料平臺(tái)已經(jīng)成熟到可以輸出給整個(gè)行業(yè)——這種“技術(shù)外溢”對(duì)國(guó)內(nèi)光子集成產(chǎn)業(yè)鏈來說，是一個(gè)值得關(guān)注的信號(hào)。