用于与碱原子基准兼容的宽带孤子微梳的 300 mm 晶圆级 SiN
平台
SHAO-CHIEn OU1，2，ALIN O.ANTOHE 3，LEWIS G.CArpENTER 3，GREGORY Moille1，2 和 Kartik Srinivasan1，2，*
1 美国 NIST/马里兰大学帕克分校联合量子研究所
2 美国盖瑟斯堡国家标准与技术研究院微系统与纳米技术部
3 美国制造集成光子学研究所（AIM Photonics），纽约州立大学研究基金会，奥尔巴尼，纽约州，美国
*通讯作者：kartik.srinivasan@nist.gov
2025-09-07
基于芯片集成光频梳
8 对克尔非线性谐振器具有重要意义
9 考虑到它们的可扩展性和广泛的应用。达到可见波长 11 的
宽带片上 OFCs 特别有价值，因为它们解决在定位、导航和
定时基础设施中起重要作用的原子钟传输。经由低压化学气
相沉积 15(LPCVD)沉积的氮化硅(SiN)14 由于其低吸收和可
重复的分散而是用于芯片集成 OFCs 的通常平台，并且 18
这种制造现在是晶片尺寸高达 19 的标准
200 毫米。然而，LPCVD 高温和 20 膜应力在缩放到更大的晶
片 21 以及与电子和光子器件集成方面提出了挑战。22 在这
里，我们报告线性性能和宽带 23
1 微环谐振器 24 的频率梳生成
在 AIM Photonics 的 300 mm 晶圆上制造，采用较低温度、较
低应力等离子体增强 26 化学气相沉积工艺，适用于
27（≈700 nm）厚的 SiN 膜，并与电子 28 和光子集成兼容。
该平台在整个 300 mm 32 晶片上表现出一致的插入损耗、高
的内在品质因数和±2%的厚度变化。我们展示了宽带孤子微
梳 33 的产生，其具有延伸到常见碱原子 35 跃迁的波长的光
刻可调谐色散 34 分布。这些结果是朝着更高度集成和可大
规模制造的设备迈出的一步，实现了 37 种高级应用，包括
光学时钟、激光雷达、38 等。©2025 光学出版集团 39
40
OCIS
代码：（
140.3498
）微腔装置；（
190.4390
）非线性光学，41
2
集成光学器件；(190.3270)克尔效应 42
43
3 http://dx.doi.org/10.1364/ao.XX.XXXXXX 44
覆盖率和可调性[1]。芯片级集成对于现实世界的部署至关重
要，可以创建紧凑、高效和可扩展的计量系统，如光学原子钟
[2]、光谱仪[3]等[4,5]。实现片上低噪声 OFCs 的一种有前途的
方法包括周期性地提取在微谐振 器内 循环的 耗散克尔 孤子
（DKS）【6】。氮化硅（SiN）由于其低线性损耗【7】、高折
射率【8】、宽光学透明度【9】和强克尔效应【10】的组合，
已经成为这种微环的首选材料。SiN 还可以集成到传统的微电子
和光子制造工作流程中，允许直接与高频电子系统【11】和有
源光子器件【12】结合。
在 100 mm[13]、150 mm[14]、200 mm[15]平台上已经有许多 SiN
微梳制造的演示。然而，在将这种结果扩展到 300 mm 铸造工艺方面
仍然存在重大挑战，这主要是由于大的薄膜应力（通常为 0.8 GPa
至 1 GPa）和高温（≈800 C◦ ）与通过低压化学气相沉积（LPCVD）
[16]生长厚化学计量（Si3N4）膜有关，这是 SiN DKS OFCs 的标准
方 法 。 尽 管 最 近 在 300 mm LPCVD 制 造 的 芯 片 方 面 取 得 了 进 展
【17,18】，但为了充分利用 300 mm 规模的制造，需要在产量和色
散工程方面进行改进。一种潜在的方法是研究改进的 LPCVD 沉积条
件，这已经在化学计量[19]和非化学计量制度[8]中进行了研究，尽
管全面的过程仍然难以捉摸。另一方面，等离子体增强化学气相沉
积（PECVD）【16，20，21】和反应溅射【22，23】提供了替代解决
方案，但迄今为止，研究主要集中在电信频段应用上，尚未扩展到
更大的制造规模工艺。
在这封信中，我们在 AIM Photonics 展示了基于 300 mm 晶圆
规模制造的厚（≈700 nm）SiN 平台中的宽带 DKS 微梳生成【图
1a】。PECVD SiN 膜在<500 C◦ 在通过硅晶片的热氧化和晶片偏转
产生的 5 μ m SiO2 层上-
4 45
5
46
tion ≈测量显示平均压缩应力 280 MPa。在图案化 SiN 层之后，用
5 μ m 的
6 光频梳（OFCs）在多样化 47 中起着至关重要的作用
7 个场，由于它们均匀间隔的谱线，宽带 48
CVD SiO2，并且从 300 mm 晶片收获总共 64 个掩模版场。每个分划板场
的尺寸为 26 mm ×
