8-инчова LNOI (LiNbO3 върху изолатор) пластина за оптични модулатори, вълноводи, интегрални схеми
Подробна диаграма
Въведение
Пластините литиев ниобат върху изолатор (LNOI) са авангарден материал, използван в различни съвременни оптични и електронни приложения. Тези пластини се произвеждат чрез прехвърляне на тънък слой литиев ниобат (LiNbO₃) върху изолационен субстрат, обикновено силиций или друг подходящ материал, чрез използване на сложни техники като йонна имплантация и свързване на пластини. Технологията LNOI има много сходства с технологията на пластините силиций върху изолатор (SOI), но се възползва от уникалните оптични свойства на литиевия ниобат, материал, известен със своите пиезоелектрични, пироелектрични и нелинейни оптични характеристики.
LNOI пластините са получили значително внимание в области като интегрирана оптика, телекомуникации и квантови изчисления, благодарение на превъзходната си производителност във високочестотни и високоскоростни приложения. Пластините се произвеждат с помощта на техниката "Smart-cut", която позволява прецизен контрол върху дебелината на тънкия филм от литиев ниобат, гарантирайки, че пластините отговарят на необходимите спецификации за различни приложения.
Принцип
Процесът на създаване на LNOI пластини започва с насипен кристал литиев ниобат. Кристалът претърпява йонна имплантация, при която високоенергийни хелиеви йони се въвеждат в повърхността на кристала литиев ниобат. Тези йони проникват в кристала до определена дълбочина и разрушават кристалната структура, създавайки крехка равнина, която по-късно може да се използва за разделяне на кристала на тънки слоеве. Специфичната енергия на хелиевите йони контролира дълбочината на имплантация, което пряко влияе върху дебелината на крайния слой литиев ниобат.
След йонна имплантация, кристалът на литиевия ниобат се свързва със субстрат, използвайки техника, наречена свързване на пластини. Процесът на свързване обикновено използва метод на директно свързване, при който двете повърхности (йонно имплантираният кристал на литиевия ниобат и субстратът) се притискат една към друга под висока температура и налягане, за да се създаде здрава връзка. В някои случаи може да се използва адхезивен материал като бензоциклобутен (BCB) за допълнителна опора.
След свързването, пластината претърпява процес на отгряване, за да се поправят всички повреди, причинени от йонната имплантация, и да се подобри връзката между слоевете. Процесът на отгряване също така помага на тънкия слой литиев ниобат да се отдели от оригиналния кристал, оставяйки след себе си тънък, висококачествен слой литиев ниобат, който може да се използва за производство на устройства.
Спецификации
LNOI пластините се характеризират с няколко важни спецификации, които гарантират тяхната пригодност за високопроизводителни приложения. Те включват:
Спецификации на материалите
| Материал | Спецификации |
| Материал | Хомогенен: LiNbO3 |
| Качество на материалите | Мехурчета или включвания <100μm |
| Ориентация | Y-срез ±0.2° |
| Плътност | 4,65 г/см³ |
| Температура на Кюри | 1142 ±1°C |
| Прозрачност | >95% в диапазона 450-700 nm (дебелина 10 mm) |
Производствени спецификации
| Параметър | Спецификация |
| Диаметър | 150 мм ±0,2 мм |
| Дебелина | 350 μm ±10 μm |
| Плоскост | <1,3 μm |
| Обща вариация на дебелината (TTV) | Деформация <70 μm @ 150 mm пластина |
| Локална вариация на дебелината (LTV) | <70 μm @ 150 mm пластина |
| Грапавост | Rq ≤0,5 nm (средноквадратична стойност на AFM) |
| Качество на повърхността | 40-20 |
| Частици (неотстраняеми) | 100-200 μm ≤3 частици |
| Чипс | <300 μm (цяла пластина, без зона на изключване) |
| Пукнатини | Без пукнатини (цяла пластина) |
| Замърсяване | Без непоправими петна (цяла вафла) |
| Паралелизъм | <30 дъгови секунди |
| Ориентационна референтна равнина (ос X) | 47 ±2 мм |
Приложения
LNOI пластините се използват в широк спектър от приложения поради уникалните си свойства, особено в областта на фотониката, телекомуникациите и квантовите технологии. Някои от ключовите приложения включват:
Интегрирана оптика:LNOI пластините се използват широко в интегрални оптични схеми, където позволяват създаването на високопроизводителни фотонни устройства като модулатори, вълноводи и резонатори. Високите нелинейни оптични свойства на литиевия ниобат го правят отличен избор за приложения, изискващи ефективно манипулиране на светлината.
Телекомуникации:LNOI пластините се използват в оптични модулатори, които са основни компоненти във високоскоростни комуникационни системи, включително оптични мрежи. Способността за модулиране на светлината при високи честоти прави LNOI пластините идеални за съвременните телекомуникационни системи.
Квантови изчисления:В квантовите технологии, LNOI пластините се използват за производството на компоненти за квантови компютри и квантови комуникационни системи. Нелинейните оптични свойства на LNOI се използват за създаване на заплетени фотонни двойки, които са критични за квантовото разпределение на ключове и квантовата криптография.
Сензори:LNOI пластините се използват в различни сензорни приложения, включително оптични и акустични сензори. Способността им да взаимодействат както със светлина, така и със звук ги прави универсални за различни видове сензорни технологии.
ЧЗВ
Q:Какво представлява LNOI технологията?
A:LNOI технологията включва прехвърляне на тънък филм от литиев ниобат върху изолационен субстрат, обикновено силиций. Тази технология използва уникалните свойства на литиевия ниобат, като например неговите високи нелинейни оптични характеристики, пиезоелектричество и пироелектричество, което го прави идеален за интегрирана оптика и телекомуникации.
Q:Каква е разликата между LNOI и SOI пластини?
A: Както LNOI, така и SOI пластините са сходни по това, че се състоят от тънък слой материал, свързан към субстрат. LNOI пластините обаче използват литиев ниобат като материал за тънкослойно покритие, докато SOI пластините използват силиций. Ключовата разлика се състои в свойствата на материала за тънкослойно покритие, като LNOI предлага превъзходни оптични и пиезоелектрични свойства.
Q:Какви са предимствата от използването на LNOI пластини?
A: Основните предимства на LNOI пластините включват техните отлични оптични свойства, като например високи нелинейни оптични коефициенти, и тяхната механична якост. Тези характеристики правят LNOI пластините идеални за използване във високоскоростни, високочестотни и квантови приложения.
Q:Могат ли LNOI пластините да се използват за квантови приложения?
A: Да, LNOI пластините се използват широко в квантовите технологии поради способността им да генерират заплетени фотонни двойки и съвместимостта им с интегрирана фотоника. Тези свойства са от решаващо значение за приложенията в квантовите изчисления, комуникациите и криптографията.
Q:Каква е типичната дебелина на LNOI филмите?
Дебелината на филмите A:LNOI обикновено варира от няколкостотин нанометра до няколко микрометра, в зависимост от конкретното приложение. Дебелината се контролира по време на процеса на йонна имплантация.
