摘要—固态色心已在传感、量子网络和量子互连等应用中展示出显著性能。然而，色心作为量子技术的实际实现需要对发射光子进行精确路由和检测。因此，缺陷中心与光子平台的集成对其最终成功至关重要。SiC是一种独特的宽带隙材料，能够同时承载具有世界纪录相干时间（约5 s）的色心，同时表现出用于有效光子平台的许多有利物理性质。我们回顾了近年来在将色心集成到SiC量子光子器件中取得的一些进展，并讨论了该材料在未来量子技术中的前景和挑战。可注入元素：H He P C Er+ Ge Yb B,P,F,Al,N,Ar,H,Si,As,O,He
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文章名：SiC photonics with integrated color centers: Challenges and prospects作者：Shanying Cui,* Jason Lipton, and Biqin Huang引言
固态色心——晶体宿主中的光学活性点缺陷——作为量子技术的有前景候选者已被研究数十年。它们类原子的光学跃迁和自旋选择态使其应用涵盖量子通信、分布式量子计算、纳米尺度传感和安全计量。金刚石氮空位（NV）色心等平台已展示了其中许多能力，但在生产可扩展和系统集成器件方面仍存在挑战。该领域的一个核心需求是能够可重复地初始化、操控和读出单色心，同时保持相干性和光学稳定性，并将它们与纳米光子架构高效接口以增强光子收集和自旋-光子纠缠。这些需求推动了对替代宿主材料的寻找，这些材料将有利的缺陷特性与晶圆级器件工程的兼容性相结合。碳化硅（SiC）已成为基于色心的量子技术的一个引人注目的平台。与金刚石不同，SiC受益于数十年在晶圆生产、掺杂和互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容加工方面的工业投资，这为可扩展制造提供了直接途径。其宽禁带、高热导率和从可见光到红外的光学透明性使其成为鲁棒电子器件和集成光子学的优秀宿主。此外，SiC表现出强二阶和三阶光学非线性以及可测量的电光（普克尔斯）效应，使得在同一个光子平台内实现高效频率转换、电光调制和非线性信号处理成为可能。关键的是，SiC支持多种本征和工程化色心——包括硅空位（VSi）和双空位（VV）——它们表现出长自旋相干时间、窄光学跃迁，并在某些情况下在通信波长发射[8]。SiC结合了可制造性和卓越材料特性，为可扩展量子光子电路的发展提供了一个独特的多功能材料系统。最令人印象深刻的SiC自旋缺陷演示——如5秒自旋相干寿命配合单次读出、>90%光子不可区分性和>75%自旋-光子纠缠保真度——已在体块晶体中得到证明。将这些有前景的特性扩展到纳米光子学中仍然是一个科学和工程挑战。关于SiC材料生长和薄膜制备、SiC作为集成光子学平台、SiC色心和单自旋隔离以及用于量子信息的SiC光子组件，已有许多优秀的综述文章。本文聚焦于色心在SiC光子器件中的集成。我们首先介绍SiC中最常研究的色心，然后重点介绍它们如何在波导光子结构中被纳入和测量。最后，我们详细考察绝缘体上SiC光子平台的材料挑战。
色心（缺陷中心）是在宽带隙晶体中引入局域电子态的点缺陷，实现可寻址的光学跃迁和自旋量子比特；典型例子包括金刚石中的NV⁻和SiV⁻色心，以及最近为集成光子学开发的硅中的通信波长色心（如T中心）。其应用涵盖单光子源、量子存储器和纳米尺度传感。关键性能指标包括零声子线（ZPL）波长和德拜-沃勒因子、光学线宽与寿命极限之比（不可区分性）、亮度和g²(0)、光谱稳定性（光谱扩散）、自旋初始化/读出保真度以及自旋相干时间T₂/T₂*。这些指标——以及它们受环境噪声、非辐射路径和声子边带的退化——是该领域综述和展望中的标准内容。在硅中，近期通信色心电学操控的演示进一步突出了通往可扩展、CMOS兼容量子光子学的路径。碳化硅（SiC）是一种宽带隙半导体，能够承载多种色心。SiC有多种多型体（2H、4H、6H和3C），提供不同的优势和不同的材料性质。本展望聚焦于4H-SiC，这是研究最多的用于承载色心的多型体。在六方4H-SiC结构中，晶体可沿三个晶面生长和加工：c面、a面或m面，后两个面提供非极性面。大多数市售外延生长SiC是沿（0001）硅终止的c轴（Si面）生长的，该面提供最高的化学稳定性和最低的表面粗糙度。在SiC中，迄今为止研究最多的自旋-光子缺陷是带负电的硅空位（VSi⁻）和中性双空位（VV⁰）。一些波长和代表性自旋相干时间列于表I。关于各种SiC色心及其性质的更详细综述可参见参考文献。硅空位VSi发生在硅原子缺失时。在不等价晶格位点上有两种可能的空位（图1a）：六方位点（h位点）V1（ZPL ≈ 862 nm）和立方位点（k位点）V2（ZPL ≈ 917 nm）。双空位（有时也缩写为DV或VSiVC）发生在相邻的硅空位和碳空位在晶格中彼此相邻形成时。在4H-SiC中有四种构型，两个轴向中心（hh和kk）和两个基面中心（kh和hk），它们表现出四种光谱变体——PL1（hh）、PL2（kk）、PL3（kh）和PL4（hk）——ZPL在近红外（~1078–1132 nm）（图1b）。此外，还发现了具有室温相干控制的PL5和PL6中心，但关于这些缺陷的确切晶格指认的共识仍在确定中。图1. 4H-SiC晶格内缺陷位置示意图：(a) 硅空位（V1和V2），(b) 双空位（PL1、PL2、PL3、PL4）。VSi提供室温光学寻址，甚至在器件结构中提供电学自旋读出/电荷控制；单缺陷在低温下自旋相干时间达到≳0.8 ms，在系综中通过去耦达到数十毫秒。双空位以其异常长的自旋相干性（在先进协议中可达秒级）和近红外发射而著称，后者有利于短距离光纤传输，或在SiC的χ²/χ³光子平台上进行低损耗转换。表I. 本综述中讨论的SiC色心的零声子线（ZPL）发射波长和自旋相干时间总结，并与金刚石色心进行比较。碳化硅中的色心通常通过电子、离子和中子辐照引入空位或空位复合体来产生，随后进行热退火以移动空位并稳定电荷态和光致发光。电子辐照常用于在大面积上在整个样品中产生均匀的点缺陷分布。与离子注入相比，它不引入杂质，对晶格的损伤较小。然而，兆电子伏特（MeV）级别的电子辐照无法控制深度（散射长度范围为毫米至厘米量级），因此电子辐照产生色心的产率可能低于离子注入。较重的离子注入可在受控深度（离散范围在微米量级）进行空间选择性色心产生，但伴随更大的附带晶格损伤。先前研究过的离子种类包括氢、碳和铒等。在这些种类中，碳是用于空位产生的最常见离子。中子辐照也可在整个晶体中产生高密度空位，使系综研究成为可能。为实现与器件兼容的架构，需要局部化的单缺陷制造方法，以便在预期缺陷位置周围优化电学控制和光子腔增强。受控缺陷产生已通过聚焦离子束注入、通过光刻定义孔径的掩模注入和飞秒激光直写等技术得到证明，可实现单发射体阵列的确定性定位。辐照后进行退火以激活中心并修复非辐射缺陷：硅空位通常在低至约400–600°C的退火后最佳形成，而双空位需要高于850°C的更高温度处理以稳定其光学特征。这些方法已推动可扩展量子网络的进展，但也突显了一个核心挑战：允许光学耦合和电子控制的相同纳米制造步骤——如刻蚀、氧化物沉积和掺杂——可能降低缺陷质量。表面接近度、应变场和电荷陷阱通常加宽光学线宽并缩短自旋相干时间。这为下一节奠定了基础，该节讨论在保持发射体质量的同时加工SiC薄膜。在体块SiC中产生和表征色心已被广泛研究。然而，将色心集成到光子集成电路中仍然是一个相对未被探索的研究领域。这种集成不仅需要缺陷工程，还需要能够实现强光学限制同时保持色心质量的器件架构。为创建光子电路，SiC波导需要具有顶部和底部包层材料的垂直光学限制，这些包层材料的折射率低于SiC（n = 2.6）。虽然顶部包层可以用空气满足，但底部包层材料需要通过制造引入。它可以通过底切方法或晶圆键合方法（绝缘体上SiC，SiCOI）来创建。虽然大多数缺陷产生和表征是在体块SiC材料上进行的，但研究小组已在将色心与光子器件中的SiC薄膜集成方面取得了进展。光子器件设计和制造目前仍是主要的发展焦点，而先进的缺陷工程和材料研究正在取得有希望的进展，以在光子结构中展示高质量的色心。在SiC中，悬浮光子结构通常通过角干法刻蚀（图2）和掺杂剂选择性光电化学（PEC）刻蚀（图3）来制造。两种技术均已展示与导波光子以及色心掺入的兼容性。角干法刻蚀创建三角形波导结构，尽管其几何形状非常规，但已被证明支持基TE模式，使其适用于缺陷掺入。此外，该方法最近被证明在5英寸尺度上具有晶圆可扩展性，刻蚀速率和刻蚀角度的变化分别为5.4%和2.9%。在这些三角形悬浮波导中已测量了自然存在的双空位中心、通过全面氮离子注入产生的氮空位中心以及通过电子辐照产生的V2硅空位中心。缺陷中心到波导的耦合效率随波导宽度增加而降低，最高耦合效率约为82%。这种耦合效率可能取决于缺陷中心在波导内的位置。在同一篇论文中，通过Ramsey干涉测量，在波导中测得退相时间T₂* = 9.4 ± 0.7 μs，约为同一样品中深体块缺陷退相时间的一半。通过Hahn回波测量的自旋相干性为0.84 ± 0.01 ms，也与体块缺陷中测得的1.39 ms相当。这表明底切干法刻蚀工艺不会显著降低缺陷中心质量。通过耦合电子-核自旋对（图2）的相干核自旋操控也被演示，使得波导集成色心在高质量量子存储器实现中的潜在应用成为可能。除了依赖物理干法刻蚀技术，掺杂剂选择性光电化学（PEC）刻蚀也可用于底切SiC结构。这种PEC方法避免了干法刻蚀可能导致的色心退化，创建具有更常规方形截面几何形状的光子结构。色心通过离子注入和电子辐照在PEC底切结构上产生。高质量的一维（1D）纳米束光子晶体腔（PCC）被用于增强色心的发射，证实了珀塞尔增强效应对缺陷发射的影响。在4H-SiC悬浮光子晶体腔中，硅空位的增强超过80倍。最近开发了一种基于二极管的PEC刻蚀工艺，用于创建更适于承载量子发射体的非掺杂悬浮4H-SiC薄膜。在非掺杂SiC光子器件中测得的VSi T₂*时间为2.91 ± 0.06 μs，远长于同样通过PEC制备的掺杂结构（p/i/p）中的0.54 ± 0.09 μs。这表明SiC器件层中的高掺杂密度可导致自旋的快速退相。然而，不同掺杂结构之间的T₂时间相当，表明在较长时间尺度上，缺陷受限于类似的缓慢退相过程。图2. (a) 角干法刻蚀工艺创建悬浮光子结构的示意图，以及波导中耦合电子-核自旋三重态的示意图。(b–e) 使用Carr–Purcell–Meiboom–Gill序列演示了SiC波导中电子-核自旋对的相干自旋操控。图3. 光电化学（PEC）底切工艺创建悬浮光子结构的示意图。使用光探测磁共振（ODMR）、自由感应衰减和自旋退相测量来比较非掺杂SiC器件层与p/i/p层，显示非掺杂器件中具有更长的T₂*。RF，射频。通过PEC底切或角刻蚀的悬浮结构在4H-SiC中集成色心方面展示了令人印象深刻的性能。然而，这些底切结构将器件设计限制在窄特征上（二维器件难以实现），因此难以扩展到更大、更复杂的集成光子电路。此外，悬浮结构对于标准光子工业的切割和封装需求而言机械鲁棒性不足。SiCOI——一种类似于硅光子平台的绝缘体上硅的方法——解决了可扩展性需求。通过SiCOI结构，下方的SiO₂层与顶部包层（空气或其他电介质）一起为光子电路提供所需的垂直限制。由于其平面表面，集成光子电路的制造更加直接。它还简化了设计，无需考虑对悬浮结构的支撑。本展望的最后一节将更详细地介绍晶圆键合后创建SiCOI晶圆的三种主要方法：常规研磨/CMP、智能切割和PEC。绝缘体上4H碳化硅（4H-SiCOI）作为集成光子学平台已显示出快速进展。由于高材料质量，4H-SiCOI波导中实现了低至0.5 dB/cm的传播损耗。优异的材料质量导致高性能谐振器。4H-SiCOI微谐振器中实现的最佳Q因子超过10⁶，记录为7.1×10⁶。4H-SiCOI中Q因子的极限尚未精确确定，因为它取决于多种因素的组合，包括材料纯度、晶体质量以及微谐振器的器件设计和制造。虽然SiC的最先进传播损耗（0.3 dB/cm）与SiN（<1 dB/m）不匹配，但与硅光子学相当。与硅类似，SiC具有高折射率（n = 2.6），与SiN（n = 2.0）相比在波导中产生强模式限制，因此对表面粗糙度更敏感。通过原子层刻蚀等新型技术优化表面的制造改进尚未被深入探索。需要进行材料工程和先进纳米制造技术的研究，以实现其他平台如SiN中展示的传播损耗。通过2 MeV电子以1×10¹³ cm⁻²注量产生的硅空位（VSi）缺陷已被集成到SiCOI平台中的微盘谐振器中。微盘和耦合波导在450–620 nm SiC器件层中制造，表明将色心掺入SiC薄膜的可能性。SiCOI中的系综双空位缺陷也通过碳离子注入产生。通过非共振激发，使用光探测磁共振（ODMR）和光致发光观察到几种色心亚型（PL3和PL4）（图4a）。还通过低能碳注入演示了带有PL4缺陷的4H-SiCOI分束器[32]。此外，纠缠电子-核自旋寄存器在4H-SiCOI波导中的集成也被演示（图4b）。寄存器本征的光学和自旋特性在制造过程中得到了很好的保持。光子波导中纠缠态的保真度显示高达0.88。最近，具有集成PL4双空位的可调微环腔通过腔增强发射和改善的光探测磁共振（ODMR）对比度，实现了约5的珀塞尔因子，并通过低温气体冷凝进行连续光谱调谐。图4. (a) 在通过PEC制备的4H-SiCOI（绝缘体上碳化硅）样品上制造的光子器件的照片。样品的颜色由SiC薄膜厚度决定，表明样品的均匀性。通过非共振激发的零声子线测量光谱显示了器件中的各种色心。(b) 制造在SiCOI波导中的单电子-核自旋寄存器的示意图和扫描电子显微镜图像。不同磁场下的光探测磁共振（ODMR）测量证实了电子与核自旋之间的耦合。在选择将缺陷集成到SiC光子学中时，值得考虑缺陷中心相对于波导模式的取向。单模波导——量子信息应用所必需的——通常传播基横电（TE）模式。对于波导耦合而言重要的是，其零声子线（ZPL）跃迁偶极子垂直于c轴（E ⊥ c）的缺陷中心与单模SiC波导的TE模式耦合效率最高。轴向PL1（hh）和PL2（kk）双空位的跃迁偶极子与面内TE场匹配，这是SiC光子学中布局和偏振控制的有用设计规则。然而，PL4、PL5和PL6已被证明具有更亮的发射，并且也与TE模式有部分耦合，因此已在集成器件中得到演示。对于硅空位，V1和V2的偶极矩都沿c轴排列（E ║ c），因此不易与TE场耦合。因此，沿m面测量时光致发光强度亮两个数量级，这激发了对更多沿m面或a面SiC外延生长的需求。总体而言，将SiC色心掺入纳米光子结构（悬浮和SiCOI）已展示了珀塞尔增强、自旋相干性的保持以及单电子-核自旋纠缠。尽管有出色的演示，但众所周知，在SiC薄膜中，色心的光学和自旋性质受表面接近度和材料体积减小的影响。这些效应是集成量子光子学所需的从体块SiC到纳米尺度限制的固有结果。论文之间相干性质的直接比较是困难的，因为自旋相干时间取决于距表面的距离、表面粗糙度、晶体同位素密度、晶体机械应变、色心产生方法、自旋去耦方法和测量温度。已发现缺陷线宽可因材料的电学掺杂或应变而展宽。近期一项研究表明，SiC薄膜中色心的PLE波长在连续扫描之间漂移。当SiC薄膜减薄至亚微米尺寸时，光谱漂移增加，特别是对于厚度小于0.7 µm的薄膜。SiC的一个明显优势是，这种发射的光谱漂移或展宽的线宽可通过p-i-n二极管中的电场控制来缓解。虽然已知自旋中心的性质相比体块有所降低，但对电学掺杂密度、纳米制造技术和几何设计参数之间权衡空间的仔细研究可以为色心集成到纳米光子学中的优化结构提供信息。电学集成SiC光子学的持续进展将是实现片上色心控制和推进可扩展量子光子电路的关键。类似于支撑现代CMOS光子学的绝缘体上硅（SOI）平台，绝缘体上碳化硅（SiCOI）已成为通往晶圆级、承载量子发射体的低损耗光子器件的有前景途径。在这种架构中，薄SiC器件层通过埋氧层与SiC或硅承载晶圆分离，使得制造具有强光限制的高折射率对比度波导、光子晶体腔和环形谐振器成为可能。这些几何结构对于实现高珀塞尔因子、高效光子提取和与经典及量子应用兼容的可扩展光子电路至关重要。生产SiCOI晶圆已探索了两种典型的制造策略：直接晶圆键合与减薄，以及离子切割层转移（图5）。在键合与减薄方法中，体块SiC键合到承载晶圆（通常是带有热氧化物的硅）上，随后通过化学机械抛光（CMP）或干法刻蚀进行减薄。然而，这种技术通常导致显著的厚度不均匀性。键合和减薄后SiC层的总厚度变化（TTV）可在数微米（µm）量级，而目标波导厚度在250 nm量级。实现均匀的亚微米厚度而不引入过度的表面损伤仍然是一个未解决的挑战。改编自SOI工艺，离子切割方法使用高能H⁺或He⁺注入到体块SiC中，随后键合到氧化承载晶圆并进行热剥离。剥离层随后抛光至目标厚度（数百纳米）和粗糙度（<1 nm）。虽然这种技术提供了良好的晶圆级厚度均匀性，但注入引入了扩展缺陷和位错，可能损害色心的光学质量并引入传播损耗。图5. (a) 研磨抛光制备SiCOI工艺的示意图。通过埋氧层将4H-SiC晶圆键合到Si晶圆后，通过研磨和抛光减薄SiC。这导致SiC层具有大的总厚度变化。经参考文献许可重印。(b) 离子切割方法制备SiCOI的示意图。注入和退火后，在BOX层上形成高度均匀的SiC层。该层经轻微抛光以提供低粗糙度和高均匀性的SiC光子层。CMP，化学机械抛光。对于单模纳米光子器件，约200–500 nm的器件层厚度是理想的。总厚度变化（TTV）大于20 nm会导致导模有效折射率的变化，影响组件之间的耦合效率以及谐振器和腔的谐振频率。最高Q谐振器和最低传播损耗器件是通过研磨和抛光技术测量的。多模波导的最低报道传播损耗为0.38 dB/cm。然而，文献中学术团体最常见的SiCOI制备方法是直接键合和减薄，其TTV在数微米量级，如上所述。因此，在SiCOI中尚未实现扩展到毫米尺度的光子电路。在大晶圆上保持高均匀性在技术上要求很高，但对于可重复的光子晶体和波导制造是必要的。离子切割已被证明可实现高度均匀的SiCOI薄膜。在一项报道中，Yi及其同事展示了100-mm SiCOI层上厚度为1102 nm时<0.2%的厚度变化，RMS粗糙度为4.3 nm。进行了CMP以将粗糙度降低至0.1 nm，但未报道CMP后的TTV数据。Yi等人展示了Q因子约66,000的微环谐振器。这比迄今为止报道的最高值低约10⁴，预计部分缺陷可归因于晶格损伤导致的高传播损耗。例如，Zhou等人报道了一种通过H⁺注入和退火制备的SiCOI晶圆的离子切割方法。经过CMP将粗糙度降低至R_rms = 0.18 nm后，在100-mm晶圆上400 nm厚薄膜的厚度变化为1%（TTV约8 nm）。这种TTV足以用于可扩展光子电路制造；然而，在1550 nm波长下单模波导的传播损耗测得为4.9 dB/cm。这预计是H⁺注入引起的光吸收的结果。因此，离子切割方法具有固有的晶格损伤限制。原则上可以优化注量和退火参数以最小化这些损耗；然而，色心兼容性要求相当严格，迄今为止尚未有使用离子切割制备的SiCOI中测得ZPL发射的演示。为缓解研磨和抛光步骤带来的高TTV，已提出了两种无需损伤离子的SiC薄膜制备新路径（图6）。Lipton等人展示了一种使用掺杂剂选择性湿法光电化学（PEC）刻蚀方法来减少SiC研磨抛光方法产生的厚度变化。在n型衬底上生长非掺杂外延层，并用作SiCOI研磨抛光制备工艺中的SiC衬底。然后，在研磨后，留下一薄层n型衬底作为具有高TTV（>1 µm）的牺牲层。随后应用PEC将TTV降低7–84倍（图6a），并在920 nm单模波导中展示了2 dB/cm的传播损耗。此外，从PEC刻蚀芯片中测量了波导集成双空位ZPL发射。仍需要将TTV降低到与其他成熟光子平台材料相似的水平，但这项工作为实现这一目标铺平了道路。图6. (a) 使用光电化学（PEC）刻蚀降低总厚度变化的SiCOI制备步骤示意图。键合和研磨后，使用掺杂剂选择性湿法刻蚀去除n型衬底，留下由外延定义的均匀性器件层。该方法被证明可将薄膜均匀性提高7倍。(b) 受控剥离作为产生具有低晶格损伤的均匀4H-SiC薄膜的方法。在SiC表面镀镍金属并用切割刀片引发裂纹后，明确界定的裂纹在表面下方扩展，允许去除均匀的独立SiC薄膜。另一种生产高质量低TTV SiCOI层的潜在方法是受控剥离（图6b）。Horn等人已证明通过镀薄Ni层并用切割刀片引发裂纹，可以生产出均匀性良好的SiC薄膜。这产生了数十微米厚度的SiC薄膜，同时保持足够高的材料质量以表现出可测量的ZPL发射。该技术面临异质集成和表面粗糙度的挑战，但如果这些挑战能够克服，剥离代表了高质量SiC薄膜制备的一条潜在路径。除了厚度变化外，SiCOI平台的另一个材料挑战是SiC/SiO₂界面质量及其热预算。通常，SiCOI通过将SiC器件层键合到氧化硅或SiC承载晶圆上来制造，创建既作为光学限制的低折射率包层的埋氧层（BOX）。BOX的质量在决定波导传播损耗和色心兼容性方面起着关键作用。键合过程中引入的任何空隙、气泡或界面粗糙度都可能散射导光并增加传播损耗。此外，界面污染——如SiC表面的残留有机物或原生氧化物——可能阻止强键合，导致高温退火期间分层。通常对于光子学，优选低温键合（25–300°C）以防止器件层中的不必要应变，这一过程可能需要数天。已有几种方法被用来增加键合强度，包括键合后退火或等离子体活化。氧化物键合的替代方法也显示出前景。非晶硅（a-Si）作为中间层已被证明可改善绝缘体上硅键合的键合强度，最近这种中间层也被引入SiCOI制造中，在带有AlN绝缘层和a-Si中间层的SiCOI晶圆制造中效果良好。与SiO₂相比，AlN提供了改善的热导率，允许热量从光子核心传递到衬底。当底切微环以改善折射率对比度时，他们能够展示180万的品质因子。总之，SiCOI制造中的界面质量和热预算与器件性能紧密耦合。保持强键合和最小界面污染或粗糙度对于实现低光学损耗和保持色心完整性至关重要。虽然常规氧化物键合仍然是最广泛使用的方法，但等离子体活化、非晶中间层和AlN等替代绝缘体的创新突显了在键合强度、热管理和光子性能之间平衡的持续努力。这些策略的持续改进对于实现可扩展、高质量的SiCOI量子光子学平台至关重要。前几节重点介绍了通往SiC纳米光子学和SiCOI的几种不同制造途径，每种途径在可扩展性、均匀性和发射体兼容性方面有不同的权衡。表II总结了不同方法的光子性能以及集成色心自旋相干时间。悬浮器件方法——角干法刻蚀和掺杂剂选择性PEC底切——已实现迄今为止一些最强有力的色心集成演示，这可能是因为它们可以最小化埋入界面，并且在PEC情况下避免了对光学核心的剧烈物理刻蚀。角刻蚀相对直接，并已展示有前景的晶圆级工艺控制，但它产生非标准三角形截面，并依赖于使密集二维布局、封装和机械鲁棒性复杂化的底切几何结构。PEC底切提供更常规的截面，可以减少等离子体刻蚀诱导的损伤，但通常需要特定的掺杂分布并引入设计约束（例如薄膜支撑、有限大面积电路），同时也带来与电化学选择性和晶圆均匀性相关的产率敏感性。在两种悬浮路线中，表面接近度仍然是光学线宽和光谱稳定性的关键限制因素，并且工艺诱导的电荷/应变仍可能降低缺陷性能——这意味着“低光学损耗”和“高量子比特质量”不会自动协同优化。表II. 本综述中讨论的不同光子制备方法的SiC光子特性（微环谐振器品质因子和波导传播损耗）总结。“已演示的色心”列表示已报道集成到SiC光子组件中的色心类型。还显示了光子结构中色心的代表性Hahn回波自旋相干时间。相比之下，晶圆键合SiCOI路线更自然地与可扩展的平面光子电路和封装对齐，但它们将核心挑战转移到厚度控制（TTV）、键合/界面质量和热预算上。常规键合后接研磨/CMP对于保持晶体质量（无注入损伤）具有吸引力，并已产生最先进的低损耗/高Q器件，但在没有广泛抛光和计量学的情况下，在晶圆上实现亚50 nm TTV方面仍面临困难——这一问题直接影响谐振器可重复性和电路级产率。离子切割（智能切割）可以提供优异的晶圆级厚度均匀性和可转移性，但注入相关的晶格损伤和残余杂质会增加光学损耗，并且对本综述而言关键的是，可能损害色心光学质量；值得注意的是，离子切割SiCOI与窄线宽ZPL发射的兼容性仍未被充分探索。新兴替代方法如用于TTV校正的掺杂剂选择性PEC刻蚀和受控剥离旨在结合更高晶体质量与改善的TTV控制，但它们目前面临实际障碍，包括晶圆可扩展性、表面粗糙度、中间层集成和工艺鲁棒性。总体而言，“最佳”方法取决于目标：发射体-腔耦合的近期演示通常倾向于具有精心管理表面的悬浮结构，而电路级集成可能要求SiCOI工艺同时实现低TTV、低光学损耗以及与保持缺陷相干性和光谱稳定性兼容的界面/热处理。总之，过去十年在碳化硅作为量子技术光子平台的发展方面取得了显著进展。高Q谐振器、高效波导和来自单个色心的腔增强发射的演示突显了SiC在可扩展自旋-光子接口方面的前景。将双空位、硅空位和其他缺陷集成到纳米光子器件中的早期成功已为在该平台上构建量子光子电路建立了清晰的路径。然而，虽然这些成就验证了SiC的潜力，但在该材料能够支持大规模量子网络和实际器件应用之前，仍有几个关键挑战需要解决。首先，持续的材料成熟是至关重要的。SiCOI平台需要超均匀、超低缺陷密度的SiC薄膜，能够承载高质量量子比特，并改善SiC-SiO₂界面质量以获得更高的热预算。其次，必须向全集成电路迈进以实现SiC作为平台的优势。必须实现完整的片上架构，不仅包含色心，还包含集成单光子探测器、调制器和用于直接控制和读出的电学接触。将单光子探测器集成到SiC光子平台上需要在该衬底上开发合适的超导材料（如NbN、NbTiN等）。研究人员已展示了体块SiC上的功能性超导纳米线单光子探测器（SNSPDs），但仍需取得相当大的进展，特别是在材料质量和与SiC波导的集成方面。最后，将SiC平台与已建立的光子技术如氮化硅（SiN）桥接，对于在该平台在现有代工厂基础设施和电信兼容组件中的采用至关重要。实现这些里程碑将使SiC不仅作为鲁棒固态自旋量子比特的宿主，而且作为异质量子光子系统中的核心构建模块。 
