8-tolline LNOI (LiNbO3 isolaatoril) vahvel optiliste modulaatorite, lainejuhtide ja integraallülituste jaoks
Detailne diagramm
Sissejuhatus
Liitiumniobaat isolaatoril (LNOI) vahvlid on tipptasemel materjal, mida kasutatakse erinevates täiustatud optilistes ja elektroonilistes rakendustes. Need vahvlid valmistatakse õhukese liitiumniobaadi (LiNbO₃) kihi ülekandmisel isoleerivale aluspinnale, tavaliselt ränile või muule sobivale materjalile, kasutades keerukaid tehnikaid, nagu ioonide implanteerimine ja vahvlite liimimine. LNOI tehnoloogial on palju sarnasusi räni isolaatoril (SOI) vahvlite tehnoloogiaga, kuid see kasutab ära liitiumniobaadi ainulaadseid optilisi omadusi – materjali, mis on tuntud oma piesoelektriliste, püroelektriliste ja mittelineaarsete optiliste omaduste poolest.
LNOI-plaadid on tänu oma suurepärasele jõudlusele kõrgsageduslikes ja kiiretes rakendustes pälvinud märkimisväärset tähelepanu sellistes valdkondades nagu integreeritud optika, telekommunikatsioon ja kvantarvutus. Plaadid toodetakse "Smart-cut" tehnika abil, mis võimaldab liitiumniobaadi õhukese kile paksuse täpset juhtimist, tagades, et plaadid vastavad erinevate rakenduste nõutavatele spetsifikatsioonidele.
Põhimõte
LNOI-plaatide loomise protsess algab liitiumniobaadi kristallist. Kristall läbib ioonimplantatsiooni, mille käigus viiakse liitiumniobaadi kristalli pinnale suure energiaga heeliumioonid. Need ioonid tungivad kristalli teatud sügavusele ja lõhuvad kristalli struktuuri, luues habras kihi, mida saab hiljem kasutada kristalli õhukesteks kihtideks eraldamiseks. Heeliumiioonide erienergia kontrollib implantatsiooni sügavust, mis mõjutab otseselt liitiumniobaadi lõpliku kihi paksust.
Pärast ioonide implanteerimist liimitakse liitiumniobaatkristall aluspinnaga, kasutades tehnikat, mida nimetatakse vahvli liimimiseks. Liimimisprotsessis kasutatakse tavaliselt otsest liimimismeetodit, kus kaks pinda (ioonidega implanteeritud liitiumniobaatkristall ja aluspind) pressitakse kõrge temperatuuri ja rõhu all kokku, et luua tugev side. Mõnel juhul võib täiendava toe saamiseks kasutada liimmaterjali, näiteks bensotsüklobuteeni (BCB).
Pärast liimimist läbib vahvel lõõmutamise, et parandada ioonide implanteerimisest tekkinud kahjustused ja tugevdada kihtide vahelist sidet. Lõõmutamisprotsess aitab ka õhukesel liitiumniobaadi kihil algsest kristallist eralduda, jättes maha õhukese ja kvaliteetse liitiumniobaadi kihi, mida saab kasutada seadmete valmistamiseks.
Spetsifikatsioonid
LNOI vahvleid iseloomustavad mitmed olulised spetsifikatsioonid, mis tagavad nende sobivuse suure jõudlusega rakenduste jaoks. Nende hulka kuuluvad:
Materjali spetsifikatsioonid
| Materjal | Spetsifikatsioonid |
| Materjal | Homogeenne: LiNbO3 |
| Materjali kvaliteet | Mullid või sulendid <100 μm |
| Orientatsioon | Y-lõige ±0,2° |
| Tihedus | 4,65 g/cm³ |
| Curie temperatuur | 1142 ±1 °C |
| Läbipaistvus | >95% vahemikus 450–700 nm (paksus 10 mm) |
Tootmisspetsifikatsioonid
| Parameeter | Spetsifikatsioon |
| Läbimõõt | 150 mm ±0,2 mm |
| Paksus | 350 μm ±10 μm |
| Tasasus | <1,3 μm |
| Kogupaksuse muutus (TTV) | Warp <70 μm @ 150 mm vahvel |
| Kohalik paksuse varieerumine (LTV) | <70 μm @ 150 mm vahvel |
| Karedus | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS väärtus) |
| Pinna kvaliteet | 40-20 |
| Osakesed (eemaldamatud) | 100–200 μm ≤3 osakest |
| Krõpsud | <300 μm (täisvahvel, ilma keelutsoonita) |
| Praod | Pragusid pole (täis vahvel) |
| Saastumine | Eemaldamatuid plekke pole (kogu vahvel) |
| Paralleelisus | <30 kaaresekundit |
| Orientatsiooni võrdlustasand (X-telg) | 47 ±2 mm |
Rakendused
LNOI-plaate kasutatakse oma ainulaadsete omaduste tõttu paljudes rakendustes, eriti fotoonika, telekommunikatsiooni ja kvanttehnoloogia valdkonnas. Mõned peamised rakendused on järgmised:
Integreeritud optika:LNOI-plaate kasutatakse laialdaselt integreeritud optilistes vooluringides, kus need võimaldavad luua suure jõudlusega fotoonilisi seadmeid, nagu modulaatorid, lainejuhid ja resonaatorid. Liitiumniobaadi kõrged mittelineaarsed optilised omadused muudavad selle suurepäraseks valikuks rakenduste jaoks, mis nõuavad tõhusat valguse manipuleerimist.
Telekommunikatsioon:LNOI-plaate kasutatakse optilistes modulaatorites, mis on olulised komponendid kiirete sidesüsteemide, sealhulgas fiiberoptiliste võrkude jaoks. Võimalus moduleerida valgust kõrgetel sagedustel muudab LNOI-plaadid ideaalseks tänapäevaste telekommunikatsioonisüsteemide jaoks.
Kvantarvutus:Kvanttehnoloogiates kasutatakse LNOI-plaate kvantarvutite ja kvantkommunikatsioonisüsteemide komponentide valmistamiseks. LNOI mittelineaarseid optilisi omadusi kasutatakse põimunud footonpaaride loomiseks, mis on kriitilise tähtsusega kvantvõtmete jaotuse ja kvantkrüptograafia jaoks.
Andurid:LNOI-plaate kasutatakse erinevates sensorirakendustes, sealhulgas optilistes ja akustilistes andurites. Nende võime suhelda nii valguse kui ka heliga muudab need mitmekülgseks erinevat tüüpi sensoritehnoloogiate jaoks.
KKK
Q:Mis on LNOI tehnoloogia?
A:LNOI tehnoloogia hõlmab õhukese liitiumniobaatkile ülekandmist isoleerivale aluspinnale, tavaliselt ränile. See tehnoloogia kasutab ära liitiumniobaadi ainulaadseid omadusi, nagu selle kõrged mittelineaarsed optilised omadused, piesoelektrilisus ja püroelektrilisus, muutes selle ideaalseks integreeritud optika ja telekommunikatsiooni jaoks.
Q:Mis vahe on LNOI ja SOI vahvlitel?
A: Nii LNOI kui ka SOI vahvlid on sarnased selle poolest, et need koosnevad õhukesest materjalikihist, mis on ühendatud aluspinnaga. LNOI vahvlites kasutatakse õhukese kilematerjalina aga liitiumniobaati, SOI vahvlites aga räni. Peamine erinevus seisneb õhukese kilematerjali omadustes, kusjuures LNOI pakub paremaid optilisi ja piesoelektrilisi omadusi.
Q:Millised on LNOI vahvlite kasutamise eelised?
A: LNOI-plaatide peamised eelised hõlmavad suurepäraseid optilisi omadusi, nagu kõrged mittelineaarsed optilised koefitsiendid, ja mehaanilist tugevust. Need omadused muudavad LNOI-plaadid ideaalseks kasutamiseks kiiretel, kõrgsageduslikel ja kvantrakendustel.
Q:Kas LNOI-plaate saab kasutada kvantrakendustes?
V: Jah, LNOI-plaate kasutatakse kvanttehnoloogiates laialdaselt tänu nende võimele genereerida põimunud footonpaare ja nende ühilduvusele integreeritud footoniga. Need omadused on üliolulised kvantarvutuse, kommunikatsiooni ja krüptograafia rakenduste jaoks.
Q:Milline on LNOI-kilede tüüpiline paksus?
A: LNOI-kilede paksus on tavaliselt mõnesajast nanomeetrist kuni mitme mikromeetrini, olenevalt konkreetsest rakendusest. Paksust kontrollitakse ioonide implanteerimise protsessi käigus.
