8-duim LNOI (LiNbO3 op isolator) wafer vir optiese modulators golfgidse geïntegreerde stroombane
Gedetailleerde Diagram
Inleiding
Litiumniobat op isolator (LNOI) wafers is 'n baanbrekende materiaal wat in verskeie gevorderde optiese en elektroniese toepassings gebruik word. Hierdie wafers word vervaardig deur 'n dun lagie litiumniobat (LiNbO₃) oor te dra op 'n isolerende substraat, tipies silikon of 'n ander geskikte materiaal, deur gebruik te maak van gesofistikeerde tegnieke soos iooninplanting en waferbinding. LNOI-tegnologie deel baie ooreenkomste met Silikon op Isolator (SOI) wafertegnologie, maar maak gebruik van die unieke optiese eienskappe van litiumniobat, 'n materiaal wat bekend is vir sy piezo-elektriese, piro-elektriese en nie-lineêre optiese eienskappe.
LNOI-wafers het aansienlike aandag gekry in velde soos geïntegreerde optika, telekommunikasie en kwantumrekenaars as gevolg van hul uitstekende werkverrigting in hoëfrekwensie- en hoëspoedtoepassings. Die wafers word vervaardig met behulp van die "Smart-cut"-tegniek, wat presiese beheer oor die dikte van die litiumniobat-dunfilm moontlik maak, wat verseker dat die wafers aan die vereiste spesifikasies vir verskeie toepassings voldoen.
Beginsel
Die proses om LNOI-wafers te skep, begin met 'n grootmaat litiumniobatkristal. Die kristal ondergaan iooninplanting, waar hoë-energie heliumione in die oppervlak van die litiumniobatkristal ingebring word. Hierdie ione dring die kristal tot 'n spesifieke diepte binne en ontwrig die kristalstruktuur, wat 'n brose vlak skep wat later gebruik kan word om die kristal in dun lae te skei. Die spesifieke energie van die heliumione beheer die diepte van inplanting, wat die dikte van die finale litiumniobatlaag direk beïnvloed.
Na iooninplanting word die litiumniobatkristal aan 'n substraat gebind met behulp van 'n tegniek wat waferbinding genoem word. Die bindingsproses gebruik tipies 'n direkte bindingsmetode, waar die twee oppervlaktes (die ioon-geïmplanteerde litiumniobatkristal en die substraat) onder hoë temperatuur en druk saamgedruk word om 'n sterk binding te skep. In sommige gevalle kan 'n kleefmateriaal soos bensosiklobuteen (BCB) vir bykomende ondersteuning gebruik word.
Na binding ondergaan die wafer 'n uitgloeiingsproses om enige skade wat deur die iooninplanting veroorsaak is, te herstel en die binding tussen die lae te verbeter. Die uitgloeiingsproses help ook die dun litiumniobatlaag om van die oorspronklike kristal los te maak, wat 'n dun, hoëgehalte-laag litiumniobat agterlaat wat vir die vervaardiging van toestelle gebruik kan word.
Spesifikasies
LNOI-wafers word gekenmerk deur verskeie belangrike spesifikasies wat hul geskiktheid vir hoëprestasie-toepassings verseker. Dit sluit in:
Materiaalspesifikasies
| Materiaal | Spesifikasies |
| Materiaal | Homogeen: LiNbO3 |
| Materiaalkwaliteit | Borrels of insluitsels <100μm |
| Oriëntasie | Y-snit ±0.2° |
| Digtheid | 4.65 g/cm³ |
| Curie-temperatuur | 1142 ±1°C |
| Deursigtigheid | >95% in die 450-700 nm-reeks (10 mm dikte) |
Vervaardigingspesifikasies
| Parameter | Spesifikasie |
| Deursnee | 150 mm ±0.2 mm |
| Dikte | 350 μm ±10 μm |
| Platheid | <1.3 μm |
| Totale Diktevariasie (TTV) | Vervorming <70 μm @ 150 mm wafer |
| Lokale Diktevariasie (LTV) | <70 μm @ 150 mm wafer |
| Ruheid | Rq ≤0.5 nm (AFM RMS-waarde) |
| Oppervlakkwaliteit | 40-20 |
| Deeltjies (Nie-verwyderbaar) | 100-200 μm ≤3 deeltjies |
| Skyfies | <300 μm (volle wafer, geen uitsluitingsone nie) |
| Krake | Geen krake nie (volle wafer) |
| Kontaminasie | Geen nie-verwyderbare vlekke (volle wafer) |
| Parallelisme | <30 boogsekondes |
| Oriëntasieverwysingsvlak (X-as) | 47 ±2 mm |
Toepassings
LNOI-wafers word in 'n wye reeks toepassings gebruik as gevolg van hul unieke eienskappe, veral op die gebied van fotonika, telekommunikasie en kwantumtegnologieë. Van die belangrikste toepassings sluit in:
Geïntegreerde Optika:LNOI-wafers word wyd gebruik in geïntegreerde optiese stroombane, waar hulle hoëprestasie-fotoniese toestelle soos modulators, golfgidse en resonators moontlik maak. Die hoë nie-lineêre optiese eienskappe van litiumniobat maak dit 'n uitstekende keuse vir toepassings wat doeltreffende ligmanipulasie vereis.
Telekommunikasie:LNOI-wafers word in optiese modulators gebruik, wat noodsaaklike komponente in hoëspoed-kommunikasiestelsels is, insluitend veseloptiese netwerke. Die vermoë om lig teen hoë frekwensies te moduleer, maak LNOI-wafers ideaal vir moderne telekommunikasiestelsels.
Kwantumrekenaarkunde:In kwantumtegnologieë word LNOI-wafers gebruik om komponente vir kwantumrekenaars en kwantumkommunikasiestelsels te vervaardig. Die nie-lineêre optiese eienskappe van LNOI word gebruik om verstrengelde fotonpare te skep, wat krities is vir kwantumsleutelverspreiding en kwantumkriptografie.
Sensors:LNOI-wafers word in verskeie sensortoepassings gebruik, insluitend optiese en akoestiese sensors. Hul vermoë om met beide lig en klank te kommunikeer, maak hulle veelsydig vir verskillende tipes sensortegnologieë.
Gereelde vrae
Q:Wat is LNOI-tegnologie?
A:LNOI-tegnologie behels die oordrag van 'n dun litiumniobatfilm op 'n isolerende substraat, tipies silikon. Hierdie tegnologie benut die unieke eienskappe van litiumniobat, soos die hoë nie-lineêre optiese eienskappe, piezo-elektrisiteit en piro-elektrisiteit, wat dit ideaal maak vir geïntegreerde optika en telekommunikasie.
Q:Wat is die verskil tussen LNOI- en SOI-wafers?
A: Beide LNOI- en SOI-wafers is soortgelyk deurdat hulle bestaan uit 'n dun lagie materiaal wat aan 'n substraat gebind is. LNOI-wafers gebruik egter litiumniobat as die dunfilmmateriaal, terwyl SOI-wafers silikon gebruik. Die belangrikste verskil lê in die eienskappe van die dunfilmmateriaal, met LNOI wat superieure optiese en piezo-elektriese eienskappe bied.
Q:Wat is die voordele van die gebruik van LNOI-wafers?
A: Die belangrikste voordele van LNOI-wafers sluit in hul uitstekende optiese eienskappe, soos hoë nie-lineêre optiese koëffisiënte, en hul meganiese sterkte. Hierdie eienskappe maak LNOI-wafers ideaal vir gebruik in hoëspoed-, hoëfrekwensie- en kwantumtoepassings.
Q:Kan LNOI-wafers vir kwantumtoepassings gebruik word?
A: Ja, LNOI-wafers word wyd gebruik in kwantumtegnologieë as gevolg van hul vermoë om verstrengelde fotonpare te genereer en hul versoenbaarheid met geïntegreerde fotonika. Hierdie eienskappe is van kritieke belang vir toepassings in kwantumrekenaars, kommunikasie en kriptografie.
Q:Wat is die tipiese dikte van LNOI-films?
A: LNOI-films wissel tipies van 'n paar honderd nanometer tot etlike mikrometers in dikte, afhangende van die spesifieke toepassing. Die dikte word beheer tydens die iooninplantingsproses.
