Σύνοψη

Το LNOI (Lithium Niobate on Insulator) είναι ένα φωτονικό υλικό υψηλών επιδόσεωνπλατφόρμα ενεργοποιημένοαπό ετερογενή σε επίπεδο πλακέταςενσωμάτωσηΑποτελείται από ένα μόνο...κρυστάλλιοΛιθιονιοβατικό (LN) λεπτό στρώμασυνδεδεμένα Πάνωένα μονωτικό οξείδιοστρώμαΚαι ένα υποστρώμα υποστήριξης.Συμπλέκτεςεξαιρετική ηλεκτρο-οπτική, μη γραμμική οπτική και χαμηλή-απώλεια μετάδοση ιδιότητες, καθιστώντας το ένα βασικό υλικό για την επόμενη γενιά φωτονικώνενσωματωμένο κυκλώματα(PICs).

ΔομήΠροδιαγραφές

Ωςεικονογραφημένοσεσελίδα 3 του PDF, η πλάκα του LNOI έχει τρία...στρώμαδομή:

• Πάνωστρώμα: LN λεπτή ταινία (300~600 nm)
• Μεσαίοστρώμα: SiO2 (215 μm)
• Υποστρώμα κάτω: Si, SiC, Σαφείρι ή Κουαρτζ

Διαθέσιμοδιαμορφώσεις:

• Μέγεθος κυψέλης: 4 ίντσες / 6 ίντσες / 8 ίντσες (εκκλιμακώμενος οδικός χάρτης)
• Κρυστάλλιο προσανατολισμόςΖ-κοπή, Χ-κοπή, Υ-κοπή,περιστροφήΚούρεμα σε Y
• Ντόπινγκεπιλογές: MgO (5 mol%), Er (1 mol%), κλπ.

Βασικές επιδόσειςΠαράμετροι

ΓιαΣφραγίδες 6 ιντσών(βλέπε σελίδα 6):

• Δάχος λεπτής ταινίας: 300~600 nm
• Δάχοςδιακύμανση: ≤ 40 nm
• Επιφάνειαακαμψία: ~ 0,19 nm RMS (απόφαση δοκιμής σελίδα 5)
• ΛάθοςΕλέγχος:
  • Χάλια (> 10 μm): < 80
  • Σωματίδια (> 0,3 μm): < 200

ΓιαΣφραγίδες 8 ιντσών(σελ. 9):

• Δάχοςδιακύμανσηεύρος: ~ 7,04 nm
• Χωρίς χώρο: < 100
• Διαδικασία συνεχώςβελτιστοποιημένο

Οπτική και ηλεκτρο-οπτική απόδοση

Βάσει δοκιμήςδεδομένα(σελίδα 8):

• Διάμετρος ζώνης διαμόρφωσης: > 67 GHz
• Ηλεκτρο-οπτικήαποδοτικότητα(Vπ·L): ~2,1 V·cm
• Οπτική υπεριώδης ανάλυσηςαπώλεια(λάθος γραμμής ~ 0,78 pm)

Αυτέςχαρακτηριστικά να αποδείξειΕξαιρετικόκαταλληλότηταγια ταχύτητες και χαμηλέςαπώλειαΦωτονικήσυσκευές.

Εφαρμογές

• Φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (PIC)
• Οπτικοί διαμορφωτές υψηλής ταχύτητας (100G/400G/800G+)
• Φωτονική μικροκυμάτων
• Μη γραμμική οπτική (μετατροπή συχνοτήτων, OPO κλπ.)
• Κβαντική φωτονική και ανίχνευση ακριβείας

Κύρια πλεονεκτήματα

• Ισχυρό ηλεκτρο-οπτικό αποτέλεσμα Pockels
• Υπερ-χαμηλή απώλεια πολλαπλασιασμού
• Εναρμόνιση ετερογενής συμβατή με CMOS
• Μεταβαλλόμενο σε μεγάλα μεγέθη πλακών (έως 8 ίντσες)

Ιδιότητες τουΠυροσβεστήρα

Η κατασκευή των πλακών νιοβατικού λιθίου σε μονωτή (LNOI) περιλαμβάνει μια περίπλοκη σειρά βημάτων που συνδυάζουν την επιστήμη των υλικών και τις προηγμένες τεχνικές κατασκευής.Η διαδικασία έχει ως στόχο τη δημιουργία ενός λεπτού, υψηλής ποιότητας φιλμ νιοβατικού λιθίου (LiNbO3) συνδεδεμένο με μονωτικό υπόστρωμα, όπως το ίδιο το νιοβατικό πυρίτιο ή το ίδιο το νιοβατικό λιθίου.

Βήμα 1: Εμφύτευση ιόντων

Το πρώτο βήμα στην παραγωγή των πλακών LNOI περιλαμβάνει την εμφύτευση ιόντων.Η μηχανή εμφύτευσης ιόντων επιταχύνει τα ιόντα ήλίου., που διεισδύουν στον κρύσταλλο του νιοβατικού λιθίου σε συγκεκριμένο βάθος.

Η ενέργεια των ιόντων του ήλίου ελέγχεται προσεκτικά για να επιτευχθεί το επιθυμητό βάθος στο κρύσταλλο.προκαλώντας ατομικές διαταραχές που οδηγούν στο σχηματισμό ενός αποδυναμωμένου επιπέδουΑυτό το στρώμα θα επιτρέψει τελικά στον κρύσταλλο να διαχωριστεί σε δύο διαφορετικά στρώματα,όπου το ανώτερο στρώμα (που αναφέρεται ως στρώμα Α) γίνεται το λεπτό φιλμ νιοβατικού λιθίου που απαιτείται για την LNOI.

Το πάχος αυτού του λεπτού φιλμ επηρεάζεται άμεσα από το βάθος εμφύτευσης, το οποίο ελέγχεται από την ενέργεια των ιόντων ήλίου.που είναι ζωτικής σημασίας για την εξασφάλιση της ομοιομορφίας στην τελική ταινία.

Βήμα 2: Προετοιμασία υποστρώματος

Μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία εμφύτευσης ιόντων, το επόμενο βήμα είναι να προετοιμαστεί το υπόστρωμα που θα υποστηρίξει το λεπτό φιλμ νιοβατικού λιθίου.Τα κοινά υλικά υποστρώματος περιλαμβάνουν το ίδιο το πυρίτιο (Si) ή το νιοβάτη του λιθίου (LN)Το υπόστρωμα πρέπει να παρέχει μηχανική υποστήριξη στο λεπτό φιλμ και να εξασφαλίζει μακροχρόνια σταθερότητα κατά τη διάρκεια των επόμενων σταδίων επεξεργασίας.

Για την προετοιμασία του υποστρώματος, a SiO₂ (silicon dioxide) insulating layer is typically deposited onto the surface of the silicon substrate using techniques such as thermal oxidation or PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)Το στρώμα αυτό χρησιμεύει ως μονωτικό μέσο μεταξύ της ταινίας νιοβατικού λιθίου και του υπόστρωμα του πυριτίου.εφαρμόζεται μέθοδος χημικής μηχανικής λαξεύσεως (CMP) για να εξασφαλίζεται ότι η επιφάνεια είναι ομοιόμορφη και έτοιμη για τη διαδικασία σύνδεσης.

Βήμα 3: Σύνδεση λεπτής ταινίας

Μετά την προετοιμασία του υποστρώματος, το επόμενο βήμα είναι η σύνδεση του λεπτού φιλμ νιοβατικού λιθίου (στρώμα Α) με το υποστρώμα.αναστρέφεται κατά 180 μοίρες και τοποθετείται στο παρασκευασμένο υπόστρωμαΗ διαδικασία σύνδεσης πραγματοποιείται συνήθως με τη χρήση τεχνικής σύνδεσης πλακιδίων.

Κατά τη σύνδεση πλακών, τόσο ο κρύσταλλος νιοβατικού λιθίου όσο και το υπόστρωμα υποβάλλονται σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία, γεγονός που προκαλεί την έντονη προσκόλληση των δύο επιφανειών.Η διαδικασία άμεσης δέσμευσης συνήθως δεν απαιτεί ράμματα πρόσδεσηςΓια ερευνητικούς σκοπούς, το βενζοκυκλοβουτένιο (BCB) μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ενδιάμεσο υλικό σύνδεσης για την παροχή πρόσθετης υποστήριξης,αν και συνήθως δεν χρησιμοποιείται στην εμπορική παραγωγή λόγω της περιορισμένης μακροπρόθεσμης σταθερότητάς του.

Βήμα 4: Επεξεργασία και διαίρεση στρωμάτων

Μετά τη διαδικασία δέσμευσης, η δέσμευση υποβάλλεται σε επεξεργασία αναψίξεως.καθώς και για την αποκατάσταση τυχόν ζημιών που προκλήθηκαν από τη διαδικασία εμφύτευσης ιόντων.

Κατά τη διάρκεια της αναψίξεως, η συνδεδεμένη πλάκα θερμαίνεται σε συγκεκριμένη θερμοκρασία και διατηρείται σε αυτή για ορισμένο χρονικό διάστημα.Αυτή η διαδικασία όχι μόνο ενισχύει τους δεσμούς της επιφάνειας αλλά προκαλεί επίσης το σχηματισμό μικροφουσκάλων στο στρώμα που εμφυτεύεται με ιόνταΑυτές οι φυσαλίδες προκαλούν σταδιακά το στρώμα νιοβατικού λιθίου (στρώμα Α) να διαχωριστεί από τον αρχικό χύμα κρύσταλλο νιοβατικού λιθίου (στρώμα Β).

Μόλις συμβεί ο διαχωρισμός, χρησιμοποιούνται μηχανικά εργαλεία για να διαχωριστούν τα δύο στρώματα, αφήνοντας ένα λεπτό, υψηλής ποιότητας φιλμ νιοβατικού λιθίου (στρώμα Α) στο υπόστρωμα.Η θερμοκρασία μειώνεται σταδιακά σε θερμοκρασία δωματίου, ολοκληρώνοντας τη διαδικασία ανάψυξης και διαχωρισμού στρωμάτων.

Βήμα 5: Οπλασιοποίηση CMP

Μετά τον διαχωρισμό του στρώματος νιοβατικού λιθίου, η επιφάνεια της πλάκας LNOI είναι συνήθως τραχιά και άνιση.η πλάκα υποβάλλεται σε τελική διαδικασία χημικής μηχανικής λαξεύσεως (CMP)Το CMP εξομαλύνει την επιφάνεια της πλάκας, αφαιρώντας κάθε υπολειπόμενη τραχύτητα και εξασφαλίζοντας ότι το λεπτό φιλμ είναι επίπεδο.

Η διαδικασία CMP είναι απαραίτητη για την απόκτηση υψηλής ποιότητας φινίρισμα στην πλάκα, η οποία είναι κρίσιμη για την επακόλουθη κατασκευή συσκευής.Συχνά με τραχύτητα (Rq) μικρότερη από 0.5 nm, όπως μετριέται με τη μικροσκόπηση ατομικών δυνάμεων (AFM).

1Ε: Είναι το τανταλάτη λιθίου το ίδιο με το νιοβάτη λιθίου;- Δεν ξέρω.

Α: Όχι. Το τανταλάτη λιθίου (LiTaO3) και το νιοβάτη λιθίου (LiNbO3) είναι διαφορετικά υλικά με διαφορετική χημική σύνθεση (Ta vs.Nb) αλλά μοιράζονται παρόμοια κρυσταλλική δομή (ομάδα διαστήματος R3c) και σιδηροηλεκτρικές ιδιότητες.

2. Ε: Είναι το νιοβάτη λιθίου περοβσκίτης;- Δεν ξέρω.

Α: Όχι. Το νιοβατικό λίθιο κρυσταλλώνει σε μια μη περοβσκίτη δομή (R3c χωροομάδα), διαφορετική από την κανονική δομή περοβσκίτη ABX3. Ωστόσο, παρουσιάζει περοβσκίτη-όπως φεροηλεκτρική συμπεριφορά λόγω του ABO3-όπως οξυγόνο οκταέδρο πλαίσιο.