8 hüvelykes LNOI (LiNbO3 szigetelőn) lapka optikai modulátorokhoz, hullámvezetőkhöz és integrált áramkörökhöz
Részletes ábra
Bevezetés
A lítium-niobát szigetelőn (LNOI) ostyák egy élvonalbeli anyag, amelyet különféle fejlett optikai és elektronikai alkalmazásokban használnak. Ezeket az ostyákat úgy állítják elő, hogy egy vékony lítium-niobát (LiNbO₃) réteget visznek fel egy szigetelő hordozóra, jellemzően szilíciumra vagy más megfelelő anyagra, kifinomult technikákkal, például ionimplantációval és ostyakötéssel. Az LNOI technológia sok hasonlóságot mutat a szilícium szigetelőn (SOI) ostyatechnológiával, de kihasználja a lítium-niobát egyedi optikai tulajdonságait, amely anyag piezoelektromos, piroelektromos és nemlineáris optikai tulajdonságairól ismert.
Az LNOI ostyák jelentős figyelmet kaptak olyan területeken, mint az integrált optika, a telekommunikáció és a kvantum-számítástechnika, mivel kiváló teljesítményt nyújtanak a nagyfrekvenciás és nagysebességű alkalmazásokban. Az ostyákat a „Smart-cut” technikával gyártják, amely lehetővé teszi a lítium-niobát vékonyréteg vastagságának pontos szabályozását, biztosítva, hogy az ostyák megfeleljenek a különböző alkalmazásokhoz szükséges specifikációknak.
Alapelv
Az LNOI ostyák létrehozásának folyamata egy lítium-niobát kristály tömbi előállításával kezdődik. A kristály ionimplantáción megy keresztül, amelynek során nagy energiájú héliumionokat juttatnak a lítium-niobát kristály felületébe. Ezek az ionok egy meghatározott mélységig behatolnak a kristályba, és megbontják a kristályszerkezetet, egy törékeny síkot hozva létre, amelyet később a kristály vékony rétegekre bontására lehet felhasználni. A héliumionok fajlagos energiája szabályozza az implantáció mélységét, ami közvetlenül befolyásolja a végső lítium-niobát réteg vastagságát.
Az ionbeültetés után a lítium-niobát kristályt egy hordozóhoz kötik egy ostyakötésnek nevezett technikával. A kötési folyamat jellemzően egy közvetlen kötési módszert alkalmaz, ahol a két felületet (az ionbeültetett lítium-niobát kristályt és a hordozót) magas hőmérsékleten és nyomás alatt összepréselik, hogy erős kötést hozzanak létre. Bizonyos esetekben további támasztékként ragasztóanyag, például benzociklobutén (BCB) is használható.
A kötést követően a lapka egy hőkezelési folyamaton megy keresztül, hogy kijavítsa az ionbeültetés okozta károkat, és megerősítse a rétegek közötti kötést. A hőkezelési folyamat elősegíti a vékony lítium-niobát réteg leválását az eredeti kristályról, így egy vékony, kiváló minőségű lítium-niobát réteg marad vissza, amely eszközgyártáshoz felhasználható.
Specifikációk
Az LNOI ostyákat számos fontos specifikáció jellemzi, amelyek biztosítják alkalmasságukat nagy teljesítményű alkalmazásokhoz. Ezek a következők:
Anyagspecifikációk
| Anyag | Specifikációk |
| Anyag | Homogén: LiNbO3 |
| Anyagminőség | Buborékok vagy zárványok <100 μm |
| Tájolás | Y-vágás ±0,2° |
| Sűrűség | 4,65 g/cm³ |
| Curie-hőmérséklet | 1142 ±1°C |
| Átláthatóság | >95% 450-700 nm tartományban (10 mm vastagság) |
Gyártási specifikációk
| Paraméter | Specifikáció |
| Átmérő | 150 mm ±0,2 mm |
| Vastagság | 350 μm ±10 μm |
| Síkfelület | <1,3 μm |
| Teljes vastagságváltozás (TTV) | Vetítés <70 μm @ 150 mm-es lapka |
| Lokális vastagságváltozás (LTV) | <70 μm @ 150 mm-es lapka |
| Érdesség | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS érték) |
| Felületi minőség | 40-20 |
| Részecskék (nem eltávolítható) | 100-200 μm ≤3 részecske |
| Chips | <300 μm (teljes ostya, nincs kizárási zóna) |
| Repedések | Nincsenek repedések (teljes ostya) |
| Szennyeződés | Nincsenek eltávolíthatatlan foltok (teljes ostya) |
| Párhuzamosság | <30 ívmásodperc |
| Tájolási referenciasík (X tengely) | 47 ±2 mm |
Alkalmazások
Az LNOI ostyákat egyedi tulajdonságaiknak köszönhetően széles körben alkalmazzák, különösen a fotonika, a telekommunikáció és a kvantumtechnológiák területén. Néhány a legfontosabb alkalmazások közül:
Integrált optika:Az LNOI ostyákat széles körben használják integrált optikai áramkörökben, ahol nagy teljesítményű fotonikus eszközök, például modulátorok, hullámvezetők és rezonátorok létrehozását teszik lehetővé. A lítium-niobát magas nemlineáris optikai tulajdonságai kiváló választássá teszik a hatékony fénymanipulációt igénylő alkalmazásokhoz.
Távközlés:Az LNOI ostyákat optikai modulátorokban használják, amelyek alapvető alkotóelemei a nagysebességű kommunikációs rendszereknek, beleértve a száloptikai hálózatokat is. A fény magas frekvenciájú modulálásának képessége ideálissá teszi az LNOI ostyákat a modern telekommunikációs rendszerekhez.
Kvantumszámítástechnika:A kvantumtechnológiákban az LNOI szeleteket kvantumszámítógépek és kvantumkommunikációs rendszerek alkatrészeinek gyártására használják. Az LNOI nemlineáris optikai tulajdonságait kihasználva összefonódott fotonpárokat hoznak létre, amelyek kritikus fontosságúak a kvantumkulcs-elosztás és a kvantumkriptográfia szempontjából.
Szenzorok:Az LNOI ostyákat különféle érzékelési alkalmazásokban használják, beleértve az optikai és akusztikus érzékelőket. A fény és a hanggal való kölcsönhatás képessége sokoldalúvá teszi őket a különböző érzékelési technológiákhoz.
GYIK
Q:Mi az LNOI technológia?
Az A:LNOI technológia egy vékony lítium-niobát film átvitelét jelenti egy szigetelő hordozóra, jellemzően szilíciumra. Ez a technológia kihasználja a lítium-niobát egyedi tulajdonságait, mint például a magas nemlineáris optikai jellemzőit, a piezoelektromosságát és a piroelektromosságát, így ideális az integrált optikához és a telekommunikációhoz.
Q:Mi a különbség az LNOI és a SOI waferek között?
A: Mind az LNOI, mind az SOI ostyák hasonlóak abban, hogy egy vékony anyagrétegből állnak, amely egy hordozóhoz van kötve. Az LNOI ostyák azonban lítium-niobátot használnak vékonyréteg-anyagként, míg az SOI ostyák szilíciumot. A fő különbség a vékonyréteg-anyag tulajdonságaiban rejlik, az LNOI kiváló optikai és piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkezik.
Q:Milyen előnyei vannak az LNOI waferek használatának?
A: Az LNOI ostyák fő előnyei közé tartoznak a kiváló optikai tulajdonságaik, mint például a magas nemlineáris optikai együtthatók, valamint a mechanikai szilárdságuk. Ezek a tulajdonságok ideálissá teszik az LNOI ostyákat nagy sebességű, nagyfrekvenciás és kvantumalkalmazásokban való használatra.
Q:Használhatók az LNOI ostyák kvantumalkalmazásokhoz?
V: Igen, az LNOI ostyákat széles körben használják a kvantumtechnológiákban, mivel képesek összefonódott fotonpárokat létrehozni, és kompatibilisek az integrált fotonikai eljárásokkal. Ezek a tulajdonságok kulcsfontosságúak a kvantum-számítástechnika, a kommunikáció és a kriptográfia alkalmazásaiban.
Q:Mekkora az LNOI filmek tipikus vastagsága?
A: Az LNOI filmek vastagsága jellemzően néhány száz nanométertől több mikrométerig terjed, az adott alkalmazástól függően. A vastagságot az ionimplantációs folyamat során szabályozzák.
