8-calowy wafel LNOI (LiNbO3 na izolatorze) do modulatorów optycznych, falowodów i 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
Płytki LNOI charakteryzują się kilkoma istotnymi parametrami, które gwarantują 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 | 150 mm ±0,2 mm |
| 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 @ płytka 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
Płytki LNOI są wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań ze względu na swoje unikalne właściwości, szczególnie w dziedzinie fotoniki, telekomunikacji i technologii kwantowych. Do najważniejszych zastosowań należą:
Zintegrowana optyka:Płytki LNOI są szeroko stosowane w zintegrowanych układach optycznych, gdzie umożliwiają budowę wysokowydajnych urządzeń fotonicznych, takich jak modulatory, falowody i rezonatory. Wysokie nieliniowe właściwości optyczne niobianu litu sprawiają, że jest on doskonałym wyborem do zastosowań wymagających wydajnego manipulowania światłem.
Telekomunikacja:Płytki LNOI są stosowane w modulatorach optycznych, które są niezbędnymi elementami szybkich systemów komunikacyjnych, w tym sieci światłowodowych. Zdolność do modulacji światła w wysokich częstotliwościach sprawia, że płytki LNOI idealnie nadają się do nowoczesnych systemów telekomunikacyjnych.
Komputery kwantowe:W technologiach kwantowych wafle LNOI są wykorzystywane do produkcji komponentów komputerów kwantowych i kwantowych systemów komunikacyjnych. Nieliniowe właściwości optyczne LNOI są wykorzystywane do tworzenia splątanych par fotonów, które są kluczowe dla kwantowej dystrybucji kluczy i kryptografii kwantowej.
Czujniki:Płytki LNOI są wykorzystywane w różnych zastosowaniach czujnikowych, w tym w czujnikach optycznych i akustycznych. Ich zdolność do interakcji zarówno ze światłem, jak i dźwiękiem sprawia, że są wszechstronne w różnych technologiach czujnikowych.
Często zadawane pytania
Q:Czym jest technologia LNOI?
A: Technologia LNOI polega na naniesieniu 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?
O: Zarówno wafle LNOI, jak i SOI są podobne, ponieważ składają się z cienkiej warstwy materiału połączonej 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: Głównymi zaletami płytek LNOI są ich doskonałe właściwości optyczne, takie jak wysokie nieliniowe współczynniki optyczne, oraz wytrzymałość mechaniczna. Te cechy sprawiają, że płytki LNOI idealnie nadają się do zastosowań wymagających dużej szybkości, wysokiej częstotliwości i kwantowości.
Q:Czy płytki LNOI można stosować w zastosowaniach kwantowych?
O: Tak, wafle LNOI są szeroko stosowane w technologiach kwantowych ze względu na zdolność do generowania splątanych par fotonów i kompatybilność ze zintegrowaną fotoniką. Właściwości te są kluczowe dla zastosowań w komputerach kwantowych, komunikacji i kryptografii.
Q:Jaka jest typowa grubość folii LNOI?
A: Warstwy LNOI mają zazwyczaj grubość od kilkuset nanometrów do kilku mikrometrów, w zależności od konkretnego zastosowania. Grubość jest kontrolowana podczas procesu implantacji jonów.
