从电容到光子芯片的钽金属

　　李言

　　初识，钽电容

　　了解IT 硬件的科技玩家对钽电容并不会感到陌生，钽电容本是当下四大核心电容产品（MLCC/ 铝电解/ 钽电容/薄膜电容）之一。

　　从最初的固体烧结钽电解电容器到现在的高能混合和高分子钽电容器，钽电容器在电源滤波、脉冲充放电等电路中发挥重要作用，人们通常能够在手机、平板、主板和显卡等地方见到，而在军事领域，钽电容器被广泛应用于各类军用信息化装备中，如雷达系统、卫星、航空电子设备等，这些领域对电容器的性能要求极高，需要具备高能量密度、高可靠性和宽工作温度范围等特点。

　　从产业链角度看，钽电容制造产业上游是钽粉、钽丝等原材料，高端原材料主要由海外公司供应，国内部分高性能钽粉技术仍掌握在国外企业手中。

　　知微，用于半导体加工的高纯溅射钽靶

　　电容之外，钽主要应用于半导体溅射靶材，钽在溅射靶材领域的用量占比为17%，仅次于钽电容器以及超级合金。

　　钽溅射靶材是一种用于物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）过程中的高纯度钽原料。在半导体行业，钽薄膜常用于集成电路制造中的阻挡层材料，特别是在铜互联技术中，钽的高熔点和低电阻使其成为理想的材料选择，而在光学和光电子薄膜领域，钽靶材可用于制造具有特定光学特性的薄膜，这些薄膜广泛用于光学设备、显示器和传感器。

　　溅射靶材必须满足高纯度（99.9995% 以上）、良好的物理和化学稳定性以及良好的溅射性能。基于上述特性要求，半导体靶材主要有超高纯铝靶材、钛靶材、钽靶材等，其中钽靶材及环件是在90-3nm 的先进制程中必需的阻挡层薄膜材料，主要应用在最尖端的芯片制造工艺当中。因此，钽靶材及环件是靶材制造技术难度最高、品质一致性要求最高的尖端产品。

　　正是由于行业对技术的高要求，半导体靶材的全球市场仍被美国、日本等发达国家主导，不过在政策扶持和企业源源不断研发投入下，我国东方钽业、江丰电子等企业逐步掌握了高纯度钽材料的核心生产技术，开始在高纯度钽溅射靶材领域掌握一定的话语权。

　　超车，钽酸锂光芯片

　　随着全球集成电路产业发展进入“后摩尔时代”，集成电路芯片性能提升的难度和成本越来越高，人们迫切需要寻找新的技术方案。以硅光技术和薄膜铌酸锂光子技术为代表的集成光电技术成为应对此瓶颈问题的颠覆性技术。

　　前不久，中国科学院上海微系统与信息技术研究所科研团队在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片领域取得突破性进展，成功开发出可批量制造的新型“光学硅”芯片。我国科研团队采用基于“万能离子刀”的异质集成技术，通过离子注入结合晶圆键合的方法，制备了高质量硅基钽酸锂单晶薄膜异质晶圆。结合晶圆级流片工艺，研究人员探索了钽酸锂材料内低双折射对于模式交叉的有效抑制，并验证了可以应用于整个通信波段的钽酸锂光子微腔谐振器。

　　钽酸锂光子芯片不仅展现出与铌酸锂薄膜相当的电光调制效率，同时基于钽酸锂光子芯片，研究团队首次在X 型电光平台中成功产生了孤子光学频率梳，结合其电光可调谐性质，有望在激光雷达、精密测量等方面实现应用。

　　不过遗憾的是钽资源在全球的分布不均，我国钽资源极为稀缺，而且为数不多的钽矿资源品位低、共生矿物复杂，导致利用难度极高。因此我国只能大量依赖进口满足钽资源的内需，再加上我国钽产业链起步较晚，技术水平相对落后，面对这些问题，我国正努力提高钽资源的自给能力，推动产业链优化升级，以期提高我国钽资源的自给能力和产业链水平，而下期，我们将为大家介绍半导体制造中的血液——电子特气中的稀有金属。

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