如果说芯片是工业的“粮食”，那么铌酸锂晶体便是工业未来发展的“良种”。专家估量，基于铌酸锂光学平台的微波光子芯片，有望比传统电子处理器快1000倍，且能耗更低。
近日，山东恒元半导体科技有限公司（下称“恒元光电”）在济南市“揭榜挂帅”科技操持项目支持下，自主研制成功了12英寸光学级铌酸锂晶体。这是国际上首次宣布12英寸超大尺寸铌酸锂晶体，标志着我国光电子家当关键材料家当水平取得重大打破。
恒元光电创始人、总经理彭立果表示，目前铌酸锂光子芯片已经广泛运用于AR设备、光电调制等领域，而12英寸光学级铌酸锂晶体的问世，更是将单位芯片本钱降落了50%至70%。
“相信在不远的将来，我们的工业物联网将进入光子芯片时期。”他对经济导报表示。
“二十年磨一剑”
在位于济南高新区航天算夜道的中欧制造国际港内，经济导报看到了济南产的12英寸铌酸锂晶体。在恒元光电的无尘车间内，8个晶体成长炉依次排开。“这些晶体的质料，是高纯度的氧化铌和碳酸锂，质料在稠浊、压块、烧结后放到晶体成长炉里，用提拉法进行晶体成长，大约十多天，便会成长成一个标准的圆柱。”彭立果见告经济导报，“经由退火极化后，再将圆柱切割成晶圆片毛片，倒角、研磨、抛光、洗濯之后，终极的成片便是铌酸锂晶圆片。”
业内普遍认为，基于铌酸锂晶体的集成光电技能，其颠覆性不亚于当年的硅基集成电路技能，以是铌酸锂也有“光学硅”的美称。彭立果则以摩尔定律来举例解释“光学硅”的技能潜力：“‘芯片每18个月性能提升一倍’，这便是我们熟知的摩尔定律。然而现在芯片的前辈制程已经到了3纳米以下，而用以导电的铜，原子直径也才0.26纳米，普通来讲，硅晶圆材料很快就要‘刻不下’了，以是说基于硅基集成电路技能的传统芯片已进入瓶颈，摩尔定律也将失落效。”
“然而，集成光电芯片是利用光子进行超快仿照电子旗子暗记处理及运算的，不受制程尺寸的限定，因而比传统电子处理器要快1000倍。正由于集成光电技能的持续发展，摩尔定律才有望延续。”他表示。
恒元光电生产的铌酸锂晶体，正是集成光电芯片的上游原材料。据先容，公司研发团队核心是刘宏、孙德辉教授团队，自2002年起一贯从事铌酸锂晶体材料的研究，已经节制了从干系设备的设计、均匀多晶料制备、晶体成长及毛病掌握、晶体后处理的全链条关键核心技能，可谓在前沿技能领域“二十年磨一剑”。
彭立果（中）及团队与超大尺寸铌酸锂晶体合影 受访者供图
现在，团队更是自主研制成功了12英寸光学级铌酸锂晶体，这还是国际上首次宣布12英寸超大尺寸铌酸锂晶体，标志着我国光电子家当关键材料家当水平取得重大打破；另据先容，济南在人工晶体材料领域，特殊是在铌酸锂领域，已经涌现了产学研聚拢效应，处于海内乃至天下领先的地位。
金融衔接光子芯片领域高下游
恒元光电的迅猛发展，离不开彭立果的独到眼力。不过提及铌酸锂晶体材料技能，也便是恒元光电核心技能的发掘，彭立果却提到了另一家公司：济南晶正电子科技有限公司（下称“晶正科技”）。
原来，晶正科技正是此前彭立果卖力的一个投资项目。晶正科技步入正轨后，彭立果还不断跟踪家当链的发展状态。“晶正科技的原材料，紧张是从国外入口的晶圆片。由于国际环境比较繁芜，晶正科技也非常担心上游供应链的安全和稳定性。”他表示。
彭立果先容铌酸锂晶圆片 杜杨 摄
基于稳定上游供应的考量，彭立果在2021年初，结识了山东大学晶体材料国家重点实验室的刘宏教授以及济南大学的孙德辉教授。“我们一拍即合，就做技能成果的转化、做家当化。于是2021年，我们成立了恒元光电，开始了大尺寸铌酸锂晶体的一个家当化进程。”他表示。
有了成本助力，在彭立果搭建的光电子家当创投平台之下，恒元光电和晶正科技搭成了高下游的互助伙伴。对付前者来说，创业伊始便有固定客户，企业的发展更加顺风顺水。
在家当链上游站稳了脚跟，恒元光电开始朝着超大尺寸“定向成长”。“实在铌酸锂晶体便是从炉内‘长’出来的。”据彭立果先容，目前在国际上，能让晶体“长”到6英寸—8英寸的多为日本厂商，海内只有少数几家有干系技能；而被恒元光电一举打破的，则是12英寸超大尺寸技能。
“更大的尺寸，意味着能在同质量的晶圆上，可以生产更多的芯片。据测算，晶圆从6英寸‘长’到8英寸，单位芯片本钱将降落50%；从8英寸‘长’到12英寸，单位芯片本钱还将连续降落50%。”他表示。
目前，恒元光电主攻三类市场：面向电光调制器、高性能滤波器等大规模商用市场，包括科研院所在内的高端定制类产品，以及直接应用铌酸锂晶圆等产品的特定市场。此外，公司还与多家下贱客户建立了互助关系。
助力工业高质量发展
目前，铌酸锂晶圆片有哪些详细的运用处景？彭立果举了两个详细的案例。
“首先是铌酸锂晶体的光学运用。”他先容，“除了能做‘光学硅’，铌酸锂晶体的光透过范围宽，具有较大的折射率。如果用在视觉影像显示上，同样的视野，铌酸锂晶体比光学玻璃的性能更好。”他说，目前铌酸锂晶体已经逐步运用于AR、VR设备上，同样的视觉范围，采取铌酸锂晶体的设备体积更小、更轻便。
12英寸超大尺寸铌酸锂晶体 受访者供图
彭立果举的另一个案例，则是在网络通信、算力培植领域。“现在我们常说‘光纤入户’。实际上传输中的网络旗子暗记便是光旗子暗记，但光旗子暗记要经由电脑处理，就必须转化为电旗子暗记，这个过程被称为‘电光调制’。”据他先容，目前主流的硅基集成电路电光调制设备，传输速率在每秒40G—50G；而采取初代集成光电芯片的设备，速率已经超过了每秒100G。
“集成了铌酸锂晶体光电芯片的电光调制设备，目前速率已经达到了每秒800G至1.6T，且能耗更低。”彭立果表示，“速率的提升意味着算力的提高。目前，已经有企业选用了基于铌酸锂晶圆的光电芯片，我们的生产原材料也实现了家当化的运用。”
在山东省政府印发的《关于聚力推动工业经济高质量发展十大行动的见地》中，提出“规模以上工业企业数字化转型覆盖率达到90%旁边”“信息技能家当业务收入同比增长10%以上”“数字经济总量占全省生产总值比重达到49%旁边”等详细目标。
上述目标如何落实？全国新型工业化推进大会给出了明确答案：算力在赋能工业数字化发展、催生数字家当等方面发挥着关键浸染，算力也成了工业经济创新驱动、构造优化、绿色安全发展的紧张助力，以及工业高质量发展的主要手段。彭立果则干脆表示，“算力是第四次工业革命的根本，而算力的提升离不开光电芯片的进一步家当化运用。”
“现在，网络数据的处理还须要将光旗子暗记转化为电旗子暗记；未来，电脑能不能直接处理光旗子暗记？光电芯片能否直接用在电脑上？”彭立果说，“未来，包括工业物联网在内，我们必将进入光子芯片时期。而恒元光电将通过质优价廉的原材料供应，助力光子芯片的家当化运用。”
