薄膜铌酸锂衬底生产工艺与关键设备
薄膜铌酸锂衬底生产工艺与关键设备 glmszqdatemark2026年08月29日 推荐 维持评级 AI集群扩张提高光互联的带宽与能效要求。随着AI模型与应用复杂度提高，参与并行计算的加速芯片数量增加，芯片之间需要交换的数据随之增长。NVIDIA指出，现代AI集群可由数千颗GPU共同执行计算任务，对数据中心网络的带宽和时延提出更高要求；服务器与交换机之间连接距离增加后，光连接数量及相关功耗也同步上升。光互联因而需要在提高传输速率的同时，兼顾功耗和连接密度。 单通道提速推动薄膜铌酸锂进入高速调制环节。根据OIF提出的3.2T CPO规范，相关方案可采用8路400G光接口。随着单通道速率提升至400G，薄膜铌酸锂有望凭借高速调制优势迎来需求增长。 LNOI衬底是薄膜铌酸锂器件的晶圆级材料基础。传统块体铌酸锂波导通常采用钛扩散或质子交换形成，折射率反差较低，光场约束较弱；LNOI通过在低折射率绝缘层上形成单晶铌酸锂薄膜，提高波导折射率反差和光场约束能力。LNOI晶圆经过波导和电极加工后，可形成MZM等薄膜铌酸锂调制器，并进入可插拔光模块或CPO的发射链路。 分析师李哲执业证书：S0590525110028邮箱：lizhe_yj@glms.com.cn 分析师李思韦执业证书：S0590525110031邮箱：lisiwei@glms.com.cn 离子注入、晶圆键合、退火剥离和表面修整构成LNOI衬底的核心工序。SmartCut工艺首先通过氢离子或氦离子注入确定解理面，再将铌酸锂供体晶圆与带绝缘层的支撑晶圆键合；退火促使晶圆沿注入层分离，后续退火用于降低注入缺陷，抛光用于改善薄膜表面。衬底制造需要连续控制离子注入深度、键合界面、薄膜完整性、表面粗糙度和全片膜厚，设备精度与工序之间的参数匹配共同影响最终产品质量。 国内外厂商已公开布局薄膜铌酸锂衬底。青禾晶元官网将TFLN/TFLT衬底列入复合衬底整线方案，并披露离子注入、键合、Trim、清洗和退火等工艺环节；济南晶正电子以NanoLN品牌供应单晶TFLN/LNOI产品；Soitec已将Photonics-LNOI纳入数据中心互联工程衬底产品；NGK则通过晶圆键合和精密抛光开发面向光通信的TFLN键合晶圆。 相关研究 1．一周解一惑系列：mSAP工艺渗透率有望提升-2026/08/232．一周解一惑系列：商业航天产业化拐点将至-2026/08/163．半导体量检测设备行业动态报告：半导体良率中枢，国产替代前景广阔-2026/08/064．Token经济学深度报告：从Token视角看AI硬件的斜率之争-2026/07/195．燃机行业深度：燃机景气扩散，整机-零部件-后市场均进入增长快车道-2026/07/11 投资建议：关注薄膜铌酸锂产业有所布局的相关设备公司，如青禾晶元（未上市）。 风险提示：3.2T及400G/lane导入进度不及预期；薄膜铌酸锂器件验证及衬底规模化良率提升不及预期；InP、硅光等竞争路线技术进步；核心工艺设备客户验证进度不及预期。 目录 1薄膜铌酸锂有望成为下一代高速调制材料.................................................................................................................3 1.1薄膜化释放铌酸锂电光性能.............................................................................................................................................................31.2薄膜铌酸锂用于光模块与CPO发射端..........................................................................................................................................31.3 AI算力升级推动TFLN进入高速调制............................................................................................................................................4 2.1上游：铌酸锂单晶及母晶圆制备....................................................................................................................................................72.2中游：薄膜铌酸锂衬底制备.............................................................................................................................................................72.3下游：从衬底到光子芯片与光模块..............................................................................................................................................12 3薄膜铌酸锂衬底厂商布局......................................................................................................................................14 3.1青禾晶元：青禾晶元布局复合衬底与核心工艺设备.................................................................................................................143.2国内外厂商已公开布局LNOI衬底...............................................................................................................................................14 4风险提示..............................................................................................................................................................15 1薄膜铌酸锂有望成为下一代高速调制材料 1.1薄膜化释放铌酸锂电光性能 铌酸锂的Pockels效应为高速电光调制提供材料基础。铌酸锂是非中心对称电光晶体，具有较大的Pockels系数；外加电场能够改变材料折射率，调制器由此将电信号加载至光载波。传统铌酸锂波导通常在块体晶体中采用钛扩散或质子交换形成，受较低折射率反差限制，存在光场约束较弱、器件尺寸较大的问题。 薄膜化提高了铌酸锂波导的折射率反差与光场约束能力。将单晶铌酸锂薄膜置于二氧化硅等低折射率材料上，可以形成高折射率反差波导，使光场集中在亚波长尺度的波导区域。薄膜平台由此能够采用更加紧凑的波导和器件结构，并为铌酸锂材料的电光性能与集成光子器件结合提供基础。 LNOI为薄膜铌酸锂器件提供晶圆级材料平台。在LNOI晶圆上加工光波导和电极，可以形成相位调制器、MZM等电光器件。其中，MZM通常采用两个干涉臂，通过外加电场产生相反方向的相位变化，并在合束端将相位差转换为光强变化。铌酸锂材料的电光性能由此转化为可集成的高速调制功能。 资料来源：Hou et al.,Nanomaterials（2024），国联民生证券研究所 资料来源：Zhu et al.,Advances in Optics and Photonics（2021），国联民生证券研究所 1.2薄膜铌酸锂用于光模块与CPO发射端 光引擎的位置，是可插拔光模块与CPO最直观的结构差异。典型可插拔光模块将激光器、PIC、Driver、TIA和DSP等器件集成在面板侧模块内，高速电信号需要经过主板和模块电接口传输。OIF将共封装定义为通信器件与主ASIC布置在同一封装基板上的架构，光引擎因而能够靠近交换ASIC，缩短高速电连接。两种架构均需要在发射端通过调制器完成电光转换。 TFLN调制器主要位于光互联系统的发射链路。HyperLight公开的TFLNIMDD Tx PIC面向可插拔光模块，将多通道薄膜铌酸锂调制器集成在发射PIC中； OFC 2026 Th1C.3则验证了宽带TFLN MZM用于NPO/CPO 400G/lane线性驱动光学的可行性。公开产品与会议结果表明，TFLN可以分别进入可插拔和近封装、共封装发射链路，在其中承担高速电光转换功能。 TFLN承担高速调制功能，并不替代光引擎中的全部材料。铌酸锂平台缺少原生光源、放大器和探测器，完整集成系统通常需要与Ⅲ-Ⅴ族光子器件进行异质集成。LNOI承担无源光路和电光调制功能，Ⅲ-Ⅴ族器件承担激光光源、放大和高速探测功能，不同材料由此按照各自的功能优势协同集成。 资料来源：OIF，NVIDIA，HyperLight，国联民生证券研究所 资料来源：OIF，HyperLight，国联民生证券研究所 1.3AI算力升级推动TFLN进入高速调制 AI集群扩张增加了数据中心对高速、低功耗光互联的需求。NVIDIA指出，现代AI集群可由数千颗GPU共同执行计算任务，需要在数据中心范围内提供高带宽和低时延连接。服务器与交换机之间连接距离增加后，光连接数量及相关功耗同步上升。因此，光互联升级不仅需要提高传输速率，还需要兼顾功耗和连接密度。 3.2T接口已经出现16×200G与8×400G两种公开配置。OSFP-XD Rev 1.0规定，其224G-PAM4模式可以通过16条200Gb/s差分通道形成3.2Tb/s接口；OIF 3.2T CPO实施协议则包含8×400Gb/s光接口。按照两项规范直接比较，单通道由200G提升至400G后，实现3.2T所需的并行通道数由16路降至8路。 单通道提速进一步提高了对调制器综合性能的要求。半波电压、电光带宽、插入损耗、消光比和线性度可作为电光调制器的主要性能指标。HyperLight披露，其TFLN IMDD Tx PIC电光带宽超过100GHz，当前支持1.6T、200G/lane，并给出向400G/lane演进的产品路径。进入更高单通道速率阶段，调制材料需要同时兼顾带宽、驱动、损耗和线性度，而不能只考察单一带宽指标。 资料来源：OSFP MSA，HyperLight，国联民生证券研究所 InP路线具备有源和无源器件集成能力，但在损耗和线性度方面存在一定约束。InP能够实现多种有源和无源光子器件，但其波导损耗相对较高，调制器线性度有限。随着单通道速率继续提高，材料选择需要同时考察带宽、光损耗和线性度等指标，这也为具有不同电光机制的TFLN提供了应用空间。 TFLN通过Pockels效应改变折射率，为高速调制提供了不同的技术路径。外加电场能够直接改变铌酸锂的折射率，并进一步改变光信号的相位。Zhu等综述列举的代表性