8-calowy wafel LNOI (LiNbO3 na izolatorze) do modulatorów optycznych, falowodów, układów scalonych
Szczegółowy diagram
Wstęp
Płytki z niobianu litu na izolatorze (LNOI) to nowatorski materiał wykorzystywany w różnych zaawansowanych zastosowaniach optycznych i elektronicznych. Płytki te powstają poprzez naniesienie cienkiej warstwy niobianu litu (LiNbO₃) na podłoże izolacyjne, zazwyczaj krzem lub inny odpowiedni materiał, przy użyciu zaawansowanych technik, takich jak implantacja jonowa i łączenie płytek. Technologia LNOI ma wiele wspólnego z technologią płytek z krzemu na izolatorze (SOI), ale wykorzystuje unikalne właściwości optyczne niobianu litu, materiału znanego ze swoich piezoelektrycznych, piroelektrycznych i nieliniowych właściwości optycznych.
Wafle LNOI zyskały duże zainteresowanie w takich dziedzinach jak optyka zintegrowana, telekomunikacja i komputery kwantowe ze względu na ich doskonałą wydajność w zastosowaniach wymagających wysokiej częstotliwości i szybkości. Wafle są produkowane techniką „Smart-cut”, która umożliwia precyzyjną kontrolę grubości cienkiej warstwy niobianu litu, zapewniając spełnienie przez wafle wymaganych specyfikacji dla różnych zastosowań.
Zasada
Proces wytwarzania płytek LNOI rozpoczyna się od wbudowania kryształu niobianu litu. Kryształ poddawany jest implantacji jonowej, podczas której jony helu o wysokiej energii wprowadzane są do jego powierzchni. Jony te wnikają w kryształ na określoną głębokość i rozbijają jego strukturę, tworząc delikatną płaszczyznę, która może być później wykorzystana do podziału kryształu na cienkie warstwy. Energia właściwa jonów helu kontroluje głębokość implantacji, co bezpośrednio wpływa na grubość końcowej warstwy niobianu litu.
Po implantacji jonów, kryształ niobianu litu jest łączony z podłożem za pomocą techniki zwanej łączeniem płytek (wafer bonding). Proces łączenia zazwyczaj wykorzystuje metodę łączenia bezpośredniego, w której dwie powierzchnie (implantowany jonami kryształ niobianu litu i podłoże) są dociskane do siebie pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia, aby utworzyć silne wiązanie. W niektórych przypadkach, w celu uzyskania dodatkowego wsparcia, można zastosować materiał klejący, taki jak benzocyklobuten (BCB).
Po połączeniu, wafel poddawany jest procesowi wyżarzania w celu naprawy wszelkich uszkodzeń spowodowanych implantacją jonów i wzmocnienia wiązania między warstwami. Proces wyżarzania pomaga również cienkiej warstwie niobianu litu oderwać się od pierwotnego kryształu, pozostawiając cienką, wysokiej jakości warstwę niobianu litu, która może być wykorzystana do produkcji urządzeń.
Specyfikacje
Wafle LNOI charakteryzują się kilkoma ważnymi specyfikacjami, które zapewniają ich przydatność do zastosowań o wysokiej wydajności. Należą do nich:
Specyfikacje materiałów
| Materiał | Specyfikacje |
| Tworzywo | Jednorodny: LiNbO3 |
| Jakość materiału | Pęcherzyki lub inkluzje <100μm |
| Orientacja | Cięcie w kształcie litery Y ±0,2° |
| Gęstość | 4,65 g/cm³ |
| Temperatura Curie | 1142 ±1°C |
| Przezroczystość | >95% w zakresie 450-700 nm (grubość 10 mm) |
Specyfikacje produkcyjne
| Parametr | Specyfikacja |
| Średnica | 150mm ±0,2mm |
| Grubość | 350 μm ±10 μm |
| Płaskość | <1,3 μm |
| Całkowita zmienność grubości (TTV) | Osnowa <70 μm przy płytce 150 mm |
| Lokalna zmienność grubości (LTV) | <70 μm przy płytce 150 mm |
| Chropowatość | Rq ≤0,5 nm (wartość RMS AFM) |
| Jakość powierzchni | 40-20 |
| Cząsteczki (nieusuwalne) | 100-200 μm ≤3 cząstki |
| Frytki | <300 μm (cały wafel, bez strefy wykluczenia) |
| Spękanie | Brak pęknięć (pełna płytka) |
| Zanieczyszczenie | Brak nieusuwalnych plam (pełny opłatek) |
| Równoległość | <30 sekund kątowych |
| Płaszczyzna odniesienia orientacji (oś X) | 47 ±2 mm |
Aplikacje
Wafle LNOI są używane w szerokim zakresie zastosowań ze względu na ich unikalne właściwości, szczególnie w dziedzinie fotoniki, telekomunikacji i technologii kwantowych. Niektóre z kluczowych zastosowań obejmują:
Zintegrowana optyka:Wafle LNOI są szeroko stosowane w zintegrowanych obwodach optycznych, gdzie umożliwiają tworzenie wysokowydajnych urządzeń fotonicznych, takich jak modulatory, falowody i rezonatory. Wysokie nieliniowe właściwości optyczne niobianu litu sprawiają, że jest on doskonałym wyborem do zastosowań wymagających wydajnej manipulacji światłem.
Telekomunikacja:Płytki LNOI są używane w modulatorach optycznych, które są niezbędnymi komponentami w szybkich systemach komunikacyjnych, w tym sieciach światłowodowych. Możliwość modulacji światła przy wysokich częstotliwościach sprawia, że płytki LNOI są idealne do nowoczesnych systemów telekomunikacyjnych.
Komputery kwantowe:W technologiach kwantowych wafle LNOI są używane do wytwarzania komponentów komputerów kwantowych i systemów komunikacji kwantowej. Nieliniowe właściwości optyczne LNOI są wykorzystywane do tworzenia splątanych par fotonów, które są krytyczne dla dystrybucji kluczy kwantowych i kryptografii kwantowej.
Czujniki:Płytki LNOI są używane w różnych aplikacjach czujnikowych, w tym w czujnikach optycznych i akustycznych. Ich zdolność do interakcji zarówno ze światłem, jak i dźwiękiem sprawia, że są uniwersalne dla różnych typów technologii czujnikowych.
Często zadawane pytania
Q:Czym jest technologia LNOI?
A:Technologia LNOI obejmuje przeniesienie cienkiej warstwy niobianu litu na podłoże izolacyjne, zazwyczaj krzem. Technologia ta wykorzystuje unikalne właściwości niobianu litu, takie jak jego wysokie nieliniowe właściwości optyczne, piezoelektryczność i piroelektryczność, co czyni ją idealną do zintegrowanej optyki i telekomunikacji.
Q:Jaka jest różnica pomiędzy płytkami LNOI i SOI?
A: Zarówno wafle LNOI, jak i SOI są podobne, ponieważ składają się z cienkiej warstwy materiału połączonego z podłożem. Jednak wafle LNOI wykorzystują niobian litu jako materiał cienkowarstwowy, podczas gdy wafle SOI wykorzystują krzem. Kluczowa różnica leży we właściwościach materiału cienkowarstwowego, przy czym LNOI oferuje lepsze właściwości optyczne i piezoelektryczne.
Q:Jakie są zalety stosowania płytek LNOI?
A: Główne zalety płytek LNOI obejmują ich doskonałe właściwości optyczne, takie jak wysokie nieliniowe współczynniki optyczne i wytrzymałość mechaniczną. Te cechy sprawiają, że płytki LNOI są idealne do zastosowań o dużej prędkości, wysokiej częstotliwości i kwantowych.
Q:Czy wafle LNOI można stosować w zastosowaniach kwantowych?
A: Tak, wafle LNOI są szeroko stosowane w technologiach kwantowych ze względu na ich zdolność do generowania splątanych par fotonów i ich zgodność ze zintegrowaną fotoniką. Właściwości te są kluczowe dla zastosowań w komputerach kwantowych, komunikacji i kryptografii.
Q:Jaka jest typowa grubość folii LNOI?
A: Folie LNOI mają zazwyczaj grubość od kilkuset nanometrów do kilku mikrometrów, w zależności od konkretnego zastosowania. Grubość jest kontrolowana podczas procesu implantacji jonów.
