李哲 李思韦 行业研究 行业定期 一周解一惑系列：薄膜铌酸锂衬底生产工艺与关键设备

摘要

国联民生证券机械团队（李哲、李思韦）发布行业定期报告，维持机械行业'推荐'评级，聚焦 AI 光互联升级背景下薄膜铌酸锂（TFLN）衬底的生产工艺与关键设备。 报告指出 AI 集群可由数千颗 GPU 共同执行计算，带宽、时延与功耗压力推动光互联升级，按 OIF 3.2T CPO 规范采用 8 路 400G 光接口后，单通道速率升至 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，Smart Cut 工艺由离子注入、晶圆键合、退火剥离和表面修整构成，代表性 LNOI 调制器已实现超过 100GHz 电光带宽、数伏级半波电压、低于 0.5dB 的片上插入损耗。 量产核心难点在全片膜厚均匀性：2026 年 4 英寸 TFLN 研究显示 Ion-Cut 与 CMP 后两片晶圆全片膜厚 Range 约 19.1nm 和 27.7nm，采用离子束 Trim 后可降至 7.6nm 和 16.4nm，表面 RMS 粗糙度由约 0.7nm 降至约 0.5nm。 厂商布局方面，青禾晶元官网将 TFLN/TFLT 纳入复合衬底整线方案，其离子注入设备覆盖 5–210 keV、剂量均匀性控制在 0.3% 以内，6/8 英寸 CMP 平台公开指标 Ra＜0.2nm、THK Range＜400Å；济南晶正电子以 NanoLN 品牌供应 300—900nm 单晶 LNOI（3/4/6/8 英寸），Soitec 将 Photonics-LNOI 纳入数据中心互联工程衬底，NGK 展示 6 英寸 TFLN 键合晶圆样品。 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）；风险在于 3.2T 及 400G/lane 导入进度、器件验证与衬底规模化良率、InP/硅光竞争路线以及核心设备客户验证进度可能不及预期。

主要观点

• AI 集群扩张提高光互联的带宽与能效要求：现代 AI 集群可由数千颗 GPU 共同执行计算，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

• 单通道提速推动薄膜铌酸锂进入高速调制：OIF 3.2T CPO 规范可采用 8 路 400G 光接口，随着单通道速率提升至 400G，TFLN 有望凭高速调制优势迎来需求增长

• 3.2T 接口已出现 16×200G 与 8×400G 两种公开配置，单通道由 200G 提升至 400G 后，实现 3.2T 所需并行通道数由 16 路降至 8 路

• 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

• 代表性 LNOI 调制器已实现超过 100GHz 电光带宽、数伏级半波电压、低于 0.5dB 片上插入损耗及较高无杂散动态范围，对应高速光互联对带宽、驱动、损耗和线性度的综合要求

• OFC 2026 公开验证推动 TFLN 由调制器向 400G/lane 发射组件延伸：Th1C.3 验证宽带 TFLN MZM 用于 NPO/CPO 400G/lane 线性驱动光学的可行性，W4J.4 展示基于 TFLN 的 O 波段 TOSA 实现 210GBaud、420Gb/s PAM4 运行

• LNOI 衬底是薄膜铌酸锂器件的晶圆级材料基础，离子注入、晶圆键合、退火剥离和表面修整构成核心工序，衬底制造需连续控制注入深度、键合界面、薄膜完整性、表面粗糙度和全片膜厚

• 离子注入设备需覆盖较宽能量范围并控制剂量均匀性：青禾晶元复合衬底离子注入设备覆盖 5–210 keV 注入能量，剂量均匀性控制在 0.3% 以内

• CMP 是 LNOI 制备关键平坦化工艺：晶圆级工艺中 CMP 可将键合侧 SiO₂ 表面 RMS 粗糙度由约 6nm 降至 0.35nm，并将剥离后的 LNOI 表面进一步抛光至约 0.5nm

• 大尺寸 TFLN 量产核心难点是全片膜厚均匀性：当前商用 4/6 英寸 TFLN 晶圆全片膜厚变化通常处于数十纳米量级，2026 年 4 英寸研究中 Ion-Cut 与 CMP 后两片晶圆膜厚 Range 约 19.1nm 和 27.7nm，离子束 Trim 后降至 7.6nm 和 16.4nm，表面 RMS 粗糙度由约 0.7nm 降至约 0.5nm

• 青禾晶元设备指标：其 6/8 英寸 CMP 平台可加工 LN、LT、SiO₂ 等材料，公开指标包括 Ra＜0.2nm、THK Range＜400Å，另有面向 LNOI/LTOI 的 Trim 工艺用于进一步改善全片膜厚均匀性

• 国内外厂商已公开布局薄膜铌酸锂衬底：青禾晶元将 TFLN/TFLT 列入复合衬底整线方案（覆盖离子注入、键合、Trim、清洗、退火等）；济南晶正电子以 NanoLN 品牌供应 300—900nm 单晶 LNOI（3/4/6/8 英寸）；Soitec 推出 Photonics-LNOI 工程衬底；NGK 通过晶圆键合和精密抛光开发面向光通信的 TFLN 键合晶圆并展示 6 英寸样品

论述逻辑

• 起点：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，芯片间交换数据随之增长，服务器与交换机连接距离增加后光连接数量及功耗同步上升，光互联需在提高传输速率的同时兼顾功耗和连接密度

• 速率升级：3.2T 接口出现 16×200G 与 8×400G 两种公开配置，单通道升至 400G 使并行通道由 16 路降至 8 路，同时提高对调制器带宽、驱动、损耗和线性度的综合要求

• 材料筛选：InP 路线具备有源和无源器件集成能力但波导损耗相对较高、调制器线性度有限，TFLN 通过 Pockels 效应改变折射率，为高速调制提供不同技术路径

• 器件验证：HyperLight 产品与 OFC 2026 会议结果表明 TFLN 可进入可插拔及近封装、共封装发射链路，并正由单器件向发射组件（TOSA）推进

• 传导至制造：器件要求最终传导至 LNOI 衬底制造，Smart Cut 需依次完成离子注入、支撑晶圆准备、晶圆键合、退火剥离、缺陷修复和表面抛光，下游器件所需晶圆一致性由多道衬底工序连续实现

• 落至投资：设备精度与工序之间的参数匹配共同影响最终产品质量，离子注入、键合、CMP、膜厚量测与 Trim 等设备构成产业基础，因此建议关注薄膜铌酸锂产业有所布局的相关设备公司

关键展望

• 3.2T 及 400G/lane 导入进度是关键验证点：薄膜铌酸锂适配 3.2T 光互联，如果下游传输速度提升比例不及预期，可能拖累上游新技术渗透率提升

• 薄膜铌酸锂器件验证及衬底规模化良率提升进度需跟踪：如果配套产业链良率不及预期，可能拖累下游光互联高速产品渗透率提升

• 竞争路线风险：目前主流还是 InP 技术路线，如果老的技术路线可以一定程度维持当下最新 AI 服务器需求，新技术渗透率普及速度可能低于预期

• 核心工艺设备客户验证进度需跟踪：薄膜铌酸锂衬底生产涉及离子注入、晶圆键合、CMP、膜厚量测和 Trim 等设备，若客户验证周期延长，可能影响产线建设和衬底规模化生产进度

• HyperLight 已给出向 400G/lane 演进的产品路径，为薄膜铌酸锂单通道速率升级方向提供公开参照

推荐标的

• 行业评级：机械行业'推荐'（维持评级）

• 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）；报告未对上市公司给出评级或目标价

• 报告提及的衬底/设备布局厂商（未给评级与目标价）：青禾晶元（未上市，TFLN/TFLT 复合衬底整线与离子注入、键合、CMP、Trim 等核心设备）、济南晶正电子（NanoLN 品牌单晶 TFLN/LNOI）、Soitec（Photonics-LNOI 工程衬底）、NGK（面向光通信的 TFLN 键合晶圆）