近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所王立軍院士團隊在Light: Science & Applications上發表題為“Advancements in Transfer Printing Techniques and Their Applications in Photonic Integrated Circuits” 的綜述論文，論文共同通訊作者為梁磊研究員、陳泳屹研究員、雷宇鑫副研究員和王立軍院士，論文第一作者為博士生于燦。
該文章系統梳理了轉印技術的前沿進展，闡述了其在光子集成電路中集成Ⅲ-Ⅴ族半導體器件的具體應用，論證了轉印技術在實現高性能、高可靠性光子集成電路方面的巨大潛力，為提升轉印良率和精度提供了關鍵理論指導，對于目前轉印技術面臨的技術挑戰和未來發展方向也做出前瞻性討論。
硅基光子學作為高性能光芯片的主流平臺，其發展長期受制于一個根本性難題：硅材料無法高效發光，難以實現片上激光器與放大器。為此，學術界與產業界致力于將發光的III-V族半導體與硅光芯片集成，但傳統方法各有局限——外延生長得到的器件性能穩定性有待提升，晶圓鍵合雖然適合高密度集成但存在工藝兼容問題，倒裝芯片則成本高、精度受限。近年來，轉印集成技術成為突破上述瓶頸的關鍵路徑。該技術利用彈性印章“拾取”已制備好的III-V器件，并精準“打印”至硅基光芯片上，兼具高精度、高效率和工藝兼容性優勢，已成功應用于多種高性能硅基與氮化硅基半導體激光器、光放大器和探測器等核心功能元件的集成，為拓寬光子集成電路的應用范圍奠定了堅實的技術基礎。
不同轉印技術類型
（圖源：Nature Materials 5, (2006). Langmuir 32, (2016). Scientific Reports 5, (2015). Science 378, (2022). Advanced Materials 35, (2023). Advanced Functional Materials 22, (2012). Advanced Functional Materials 31, (2021). Advanced Functional Materials 31, (2021). Science Advances 9, (2023)）
目前，團隊結合彈性體印章速率依賴粘附效應和仿壁虎結構的剪切增強的轉印方法，已成功應用于多種硅基、氮化硅基功能性光學元件的集成?；谠摷夹g制備的半導體光放大器、激光器、光電探測器、調制器和光開關等光學元件均展現出優異性能，充分驗證了該集成路徑的可靠性與靈活性。
面向高密度集成的精度與跨學科協同，目前商用轉印工具對準精度為±1.5μm（陣列）和±0.5μm（單器件），需進一步提高以實現Ⅲ-Ⅴ族元件和波導的高效光耦合；微米級印章結構難以適配納米級元件和材料薄層，相關工藝仍需突破；文中討論的轉印技術在成本、工藝復雜度、產量和操作時間之間需系統權衡；研制出廣泛兼容、適合工業生產的印章至關重要；該技術已在皮米級分辨率光譜儀與量子芯片中驗證潛力，有望進一步推動可重構光子系統、柔性電子等方向發展，并未集成納米級光學器件提供可靠路徑。
論文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-025-02064-w
