8 collu LNOI (LiNbO3 uz izolatora) plāksne optiskajiem modulatoriem, viļņvadiem un integrētajām shēmām
Detalizēta diagramma
Ievads
Litija niobāta uz izolatora (LNOI) plāksnes ir moderns materiāls, ko izmanto dažādās progresīvās optiskās un elektroniskās lietojumprogrammās. Šīs plāksnes tiek ražotas, pārnesot plānu litija niobāta (LiNbO₃) slāni uz izolācijas substrāta, parasti silīcija vai cita piemērota materiāla, izmantojot sarežģītas metodes, piemēram, jonu implantāciju un plākšņu līmēšanu. LNOI tehnoloģijai ir daudz līdzību ar silīcija uz izolatora (SOI) plākšņu tehnoloģiju, taču tā izmanto litija niobāta unikālās optiskās īpašības – materiāla, kas pazīstams ar savām pjezoelektriskajām, piroelektriskajām un nelineārajām optiskajām īpašībām.
LNOI plāksnes ir ieguvušas ievērojamu uzmanību tādās jomās kā integrētā optika, telekomunikācijas un kvantu skaitļošana, pateicoties to izcilajai veiktspējai augstfrekvences un ātrgaitas lietojumprogrammās. Plātnes tiek ražotas, izmantojot "Smart-cut" tehniku, kas ļauj precīzi kontrolēt litija niobāta plānās plēves biezumu, nodrošinot, ka plāksnes atbilst dažādu pielietojumu specifikācijām.
Princips
LNOI plākšņu izveides process sākas ar litija niobāta kristāla masīvu. Kristālā notiek jonu implantācija, kuras laikā augstas enerģijas hēlija joni tiek ievadīti litija niobāta kristāla virsmā. Šie joni iekļūst kristālā noteiktā dziļumā un izjauc kristāla struktūru, radot trauslu plakni, ko vēlāk var izmantot, lai atdalītu kristālu plānos slāņos. Hēlija jonu īpatnējā enerģija kontrolē implantācijas dziļumu, kas tieši ietekmē litija niobāta slāņa biezumu.
Pēc jonu implantācijas litija niobāta kristāls tiek savienots ar substrātu, izmantojot tehniku, ko sauc par vafeļu savienošanu. Saistīšanas procesā parasti tiek izmantota tiešās savienošanas metode, kur abas virsmas (jonu implantētais litija niobāta kristāls un substrāts) tiek saspiestas kopā augstā temperatūrā un spiedienā, lai izveidotu spēcīgu saiti. Dažos gadījumos papildu atbalstam var izmantot līmējošu materiālu, piemēram, benzociklobutēnu (BCB).
Pēc savienošanas plāksnīte tiek pakļauta atkvēlināšanas procesam, lai novērstu jonu implantācijas radītos bojājumus un uzlabotu saiti starp slāņiem. Atkvēlināšanas process arī palīdz plānajam litija niobāta slānim atdalīties no sākotnējā kristāla, atstājot plānu, augstas kvalitātes litija niobāta slāni, ko var izmantot ierīču ražošanā.
Specifikācijas
LNOI plāksnēm ir raksturīgas vairākas svarīgas specifikācijas, kas nodrošina to piemērotību augstas veiktspējas lietojumprogrammām. Tās ietver:
Materiālu specifikācijas
| Materiāls | Specifikācijas |
| Materiāls | Homogēns: LiNbO3 |
| Materiāla kvalitāte | Burbuļi vai ieslēgumi <100 μm |
| Orientācija | Y griezums ±0,2° |
| Blīvums | 4,65 g/cm³ |
| Kīrija temperatūra | 1142 ±1°C |
| Caurspīdīgums | >95% 450–700 nm diapazonā (10 mm biezumā) |
Ražošanas specifikācijas
| Parametrs | Specifikācija |
| Diametrs | 150 mm ±0,2 mm |
| Biezums | 350 μm ±10 μm |
| Plakanums | <1,3 μm |
| Kopējā biezuma variācija (TTV) | Deformācija <70 μm pie 150 mm plāksnes |
| Vietējā biezuma variācija (LTV) | <70 μm @ 150 mm vafele |
| Nelīdzenums | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS vērtība) |
| Virsmas kvalitāte | 40-20 |
| Daļiņas (nenoņemamas) | 100–200 μm ≤3 daļiņas |
| Čipsi | <300 μm (pilna plāksne, bez izslēgšanas zonas) |
| Plaisas | Nav plaisu (pilna plāksne) |
| Piesārņojums | Nav nenoņemamu traipu (pilnīga plāksne) |
| Paralēlisms | <30 loka sekundes |
| Orientācijas atskaites plakne (X ass) | 47 ±2 mm |
Pieteikumi
LNOI vafeļu pielietojums to unikālo īpašību dēļ ir plašs, jo īpaši fotonikas, telekomunikāciju un kvantu tehnoloģiju jomā. Daži no galvenajiem pielietojumiem ir šādi:
Integrētā optika:LNOI plāksnes tiek plaši izmantotas integrētās optiskās shēmās, kur tās nodrošina augstas veiktspējas fotoniskas ierīces, piemēram, modulatorus, viļņvadus un rezonatorus. Litija niobāta augstās nelineārās optiskās īpašības padara to par lielisku izvēli lietojumiem, kuriem nepieciešama efektīva gaismas manipulācija.
Telekomunikācijas:LNOI plāksnes tiek izmantotas optiskajos modulatoros, kas ir būtiskas sastāvdaļas ātrgaitas sakaru sistēmās, tostarp optisko šķiedru tīklos. Spēja modulēt gaismu augstās frekvencēs padara LNOI plāksnes ideāli piemērotas mūsdienu telekomunikāciju sistēmām.
Kvantu skaitļošana:Kvantu tehnoloģijās LNOI plāksnes tiek izmantotas, lai izgatavotu komponentus kvantu datoriem un kvantu sakaru sistēmām. LNOI nelineārās optiskās īpašības tiek izmantotas, lai izveidotu sapītus fotonu pārus, kas ir kritiski svarīgi kvantu atslēgu sadalei un kvantu kriptogrāfijai.
Sensori:LNOI plāksnes tiek izmantotas dažādos sensoru pielietojumos, tostarp optiskajos un akustiskajos sensoros. To spēja mijiedarboties gan ar gaismu, gan skaņu padara tās daudzpusīgas dažādām sensoru tehnoloģijām.
Bieži uzdotie jautājumi
Q:Kas ir LNOI tehnoloģija?
A:LNOI tehnoloģija ietver plānas litija niobāta plēves pārnešanu uz izolācijas substrāta, parasti silīcija. Šī tehnoloģija izmanto litija niobāta unikālās īpašības, piemēram, tā augstās nelineārās optiskās īpašības, pjezoelektrību un piroelektrību, padarot to ideāli piemērotu integrētai optikai un telekomunikācijām.
Q:Kāda ir atšķirība starp LNOI un SOI vafelēm?
A: Gan LNOI, gan SOI plāksnes ir līdzīgas ar to, ka tās sastāv no plāna materiāla slāņa, kas savienots ar substrātu. Tomēr LNOI plāksnēs kā plānās plēves materiāls tiek izmantots litija niobāts, savukārt SOI plāksnēs tiek izmantots silīcijs. Galvenā atšķirība ir plānās plēves materiāla īpašībās, un LNOI piedāvā labākas optiskās un pjezoelektriskās īpašības.
Q:Kādas ir LNOI vafeļu izmantošanas priekšrocības?
A: LNOI plākšņu galvenās priekšrocības ir to lieliskās optiskās īpašības, piemēram, augsti nelineārie optiskie koeficienti, un mehāniskā izturība. Šīs īpašības padara LNOI plāksnītes ideāli piemērotas izmantošanai ātrdarbīgās, augstfrekvences un kvantu lietojumprogrammās.
Q:Vai LNOI vafeles var izmantot kvantu lietojumprogrammās?
A: Jā, LNOI plāksnes tiek plaši izmantotas kvantu tehnoloģijās, pateicoties to spējai ģenerēt sapinušos fotonu pārus un to saderībai ar integrēto fotoniku. Šīs īpašības ir ļoti svarīgas pielietojumiem kvantu skaitļošanā, komunikācijā un kriptogrāfijā.
Q:Kāds ir tipiskais LNOI plēvju biezums?
A: LNOI plēvju biezums parasti ir no dažiem simtiem nanometru līdz vairākiem mikrometriem atkarībā no konkrētā pielietojuma. Biezums tiek kontrolēts jonu implantācijas procesā.
