8-palcová doštička LNOI (LiNbO3 na izolátore) pre optické modulátory, vlnovody, integrované obvody
Podrobný diagram
Úvod
Doštičky lítium-niobátu na izolátore (LNOI) sú špičkovým materiálom používaným v rôznych pokročilých optických a elektronických aplikáciách. Tieto doštičky sa vyrábajú prenosom tenkej vrstvy lítium-niobátu (LiNbO₃) na izolačný substrát, zvyčajne kremík alebo iný vhodný materiál, pomocou sofistikovaných techník, ako je iónová implantácia a lepenie doštičiek. Technológia LNOI má mnoho spoločného s technológiou kremíkových doštičiek na izolátore (SOI), ale využíva jedinečné optické vlastnosti lítium-niobátu, materiálu známeho svojimi piezoelektrickými, pyroelektrickými a nelineárnymi optickými vlastnosťami.
LNOI doštičky si získali značnú pozornosť v oblastiach ako integrovaná optika, telekomunikácie a kvantové výpočty vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu vo vysokofrekvenčných a vysokorýchlostných aplikáciách. Doštičky sa vyrábajú technikou „Smart-cut“, ktorá umožňuje presnú kontrolu hrúbky tenkej vrstvy niobátu lítia, čím sa zabezpečuje, že doštičky spĺňajú požadované špecifikácie pre rôzne aplikácie.
Princíp
Proces vytvárania LNOI doštičiek začína s objemovým kryštálom niobátu lítneho. Kryštál podlieha iónovej implantácii, kde sa do povrchu kryštálu niobátu lítneho zavádzajú vysokoenergetické ióny hélia. Tieto ióny prenikajú kryštálom do určitej hĺbky a narúšajú kryštálovú štruktúru, čím vytvárajú krehkú rovinu, ktorú možno neskôr použiť na rozdelenie kryštálu na tenké vrstvy. Špecifická energia iónov hélia riadi hĺbku implantácie, čo priamo ovplyvňuje hrúbku výslednej vrstvy niobátu lítneho.
Po iónovej implantácii sa kryštál niobátu lítia spája so substrátom pomocou techniky nazývanej spájanie doštičiek (wafer bonding). Proces spájania zvyčajne využíva metódu priameho spájania, kde sa dva povrchy (iónmi implantovaný kryštál niobátu lítia a substrát) pritlačia k sebe za vysokej teploty a tlaku, aby sa vytvorila silná väzba. V niektorých prípadoch sa na dodatočnú podporu môže použiť adhezívny materiál, ako je benzocyklobutén (BCB).
Po spojení prechádza doštička procesom žíhania, aby sa opravilo akékoľvek poškodenie spôsobené implantáciou iónov a aby sa posilnila väzba medzi vrstvami. Proces žíhania tiež pomáha tenkej vrstve niobátu lítia oddeliť sa od pôvodného kryštálu, čím zanecháva tenkú, vysoko kvalitnú vrstvu niobátu lítia, ktorú možno použiť na výrobu zariadení.
Špecifikácie
LNOI doštičky sa vyznačujú niekoľkými dôležitými špecifikáciami, ktoré zabezpečujú ich vhodnosť pre vysokovýkonné aplikácie. Patria sem:
Špecifikácie materiálu
| Materiál | Špecifikácie |
| Materiál | Homogénny: LiNbO3 |
| Kvalita materiálu | Bubliny alebo inklúzie <100 μm |
| Orientácia | Y-rezanie ±0,2° |
| Hustota | 4,65 g/cm³ |
| Curieova teplota | 1142 ±1 °C |
| Transparentnosť | >95 % v rozsahu 450 – 700 nm (hrúbka 10 mm) |
Výrobné špecifikácie
| Parameter | Špecifikácia |
| Priemer | 150 mm ±0,2 mm |
| Hrúbka | 350 μm ±10 μm |
| Rovinnosť | <1,3 μm |
| Celková variácia hrúbky (TTV) | Deformácia <70 μm pri 150 mm doštičke |
| Lokálna variácia hrúbky (LTV) | <70 μm pri 150 mm doštičke |
| Drsnosť | Rq ≤0,5 nm (hodnota AFM RMS) |
| Kvalita povrchu | 40-20 |
| Častice (neodstrániteľné) | 100 – 200 μm ≤ 3 častice |
| Čipsy | <300 μm (celá doštička, bez vylúčenej zóny) |
| Trhliny | Žiadne praskliny (plná doska) |
| Kontaminácia | Žiadne neodstrániteľné škvrny (celá oblátka) |
| Paralelizmus | <30 oblúkových sekúnd |
| Orientácia referenčnej roviny (os X) | 47 ±2 mm |
Aplikácie
LNOI doštičky sa vďaka svojim jedinečným vlastnostiam používajú v širokej škále aplikácií, najmä v oblastiach fotoniky, telekomunikácií a kvantových technológií. Medzi kľúčové aplikácie patria:
Integrovaná optika:LNOI doštičky sa široko používajú v integrovaných optických obvodoch, kde umožňujú výrobu vysokovýkonných fotonických zariadení, ako sú modulátory, vlnovody a rezonátory. Vysoké nelineárne optické vlastnosti niobátu lítia z neho robia vynikajúcu voľbu pre aplikácie vyžadujúce efektívnu manipuláciu so svetlom.
Telekomunikácie:LNOI doštičky sa používajú v optických modulátoroch, ktoré sú základnými súčasťami vysokorýchlostných komunikačných systémov vrátane optických sietí. Schopnosť modulovať svetlo pri vysokých frekvenciách robí LNOI doštičky ideálnymi pre moderné telekomunikačné systémy.
Kvantové výpočty:V kvantových technológiách sa doštičky LNOI používajú na výrobu komponentov pre kvantové počítače a kvantové komunikačné systémy. Nelineárne optické vlastnosti LNOI sa využívajú na vytváranie prepletených fotónových párov, ktoré sú kľúčové pre kvantovú distribúciu kľúčov a kvantovú kryptografiu.
Senzory:LNOI doštičky sa používajú v rôznych senzorických aplikáciách vrátane optických a akustických senzorov. Ich schopnosť interagovať so svetlom aj zvukom ich robí všestrannými pre rôzne typy senzorických technológií.
Často kladené otázky
Q:Čo je technológia LNOI?
Technológia LNOI zahŕňa prenos tenkej vrstvy niobátu lítia na izolačný substrát, zvyčajne kremík. Táto technológia využíva jedinečné vlastnosti niobátu lítia, ako sú jeho vysoké nelineárne optické vlastnosti, piezoelektrina a pyroelektrina, vďaka čomu je ideálny pre integrovanú optiku a telekomunikácie.
Q:Aký je rozdiel medzi LNOI a SOI doštičkami?
A: Doštičky LNOI aj SOI sú si podobné v tom, že pozostávajú z tenkej vrstvy materiálu spojenej so substrátom. Doštičky LNOI však používajú ako tenkovrstvový materiál niobičnan lítny, zatiaľ čo doštičky SOI používajú kremík. Kľúčový rozdiel spočíva vo vlastnostiach tenkovrstvového materiálu, pričom LNOI ponúka vynikajúce optické a piezoelektrické vlastnosti.
Q:Aké sú výhody použitia LNOI doštičiek?
A: Medzi hlavné výhody LNOI doštičiek patria ich vynikajúce optické vlastnosti, ako sú vysoké nelineárne optické koeficienty a ich mechanická pevnosť. Vďaka týmto vlastnostiam sú LNOI doštičky ideálne na použitie vo vysokorýchlostných, vysokofrekvenčných a kvantových aplikáciách.
Q:Môžu sa LNOI doštičky použiť pre kvantové aplikácie?
A: Áno, LNOI doštičky sa v kvantových technológiách široko používajú vďaka svojej schopnosti generovať previazané fotónové páry a ich kompatibilite s integrovanou fotonikou. Tieto vlastnosti sú kľúčové pre aplikácie v kvantových výpočtoch, komunikácii a kryptografii.
Q:Aká je typická hrúbka LNOI fólií?
Hrúbka filmov A:LNOI sa zvyčajne pohybuje od niekoľkých stoviek nanometrov do niekoľkých mikrometrov v závislosti od konkrétnej aplikácie. Hrúbka sa riadi počas procesu implantácie iónov.
