8-palčna LNOI (LiNbO3 na izolatorju) rezina za optične modulatorje, valovode in integrirana vezja
Podroben diagram
Uvod
Litijev niobat na izolatorju (LNOI) je najsodobnejši material, ki se uporablja v različnih naprednih optičnih in elektronskih aplikacijah. Te rezine se proizvajajo s prenosom tanke plasti litijevega niobata (LiNbO₃) na izolacijski substrat, običajno silicij ali drug primeren material, z uporabo sofisticiranih tehnik, kot sta ionska implantacija in lepljenje rezin. Tehnologija LNOI ima veliko podobnosti s tehnologijo rezin silicij na izolatorju (SOI), vendar izkorišča edinstvene optične lastnosti litijevega niobata, materiala, znanega po svojih piezoelektričnih, piroelektričnih in nelinearnih optičnih lastnostih.
LNOI rezine so zaradi svoje vrhunske zmogljivosti v visokofrekvenčnih in visokohitrostnih aplikacijah pritegnile veliko pozornosti na področjih, kot so integrirana optika, telekomunikacije in kvantno računalništvo. Rezine so izdelane s tehniko "Smart-cut", ki omogoča natančen nadzor nad debelino tanke plasti litijevega niobata in zagotavlja, da rezine izpolnjujejo zahtevane specifikacije za različne aplikacije.
Načelo
Postopek izdelave LNOI rezin se začne z razsutim kristalom litijevega niobata. Kristal je podvržen ionski implantaciji, kjer se visokoenergijski helijevi ioni vnesejo v površino kristala litijevega niobata. Ti ioni prodrejo v kristal do določene globine in porušijo kristalno strukturo, s čimer ustvarijo krhko ravnino, ki jo je kasneje mogoče uporabiti za ločevanje kristala na tanke plasti. Specifična energija helijevih ionov nadzoruje globino implantacije, kar neposredno vpliva na debelino končne plasti litijevega niobata.
Po ionski implantaciji se kristal litijevega niobata veže na podlago z uporabo tehnike, imenovane lepljenje rezin. Postopek vezave običajno uporablja metodo neposrednega vezanja, kjer se obe površini (ionsko implantirani kristal litijevega niobata in podlaga) stisneta skupaj pod visoko temperaturo in tlakom, da se ustvari močna vez. V nekaterih primerih se za dodatno oporo lahko uporabi lepilni material, kot je benzociklobuten (BCB).
Po vezavi se rezina podvrže postopku žarjenja, da se popravi morebitna škoda, ki jo je povzročila ionska implantacija, in da se okrepi vez med plastmi. Postopek žarjenja pomaga tudi pri ločitvi tanke plasti litijevega niobata od prvotnega kristala, tako da ostane tanka, visokokakovostna plast litijevega niobata, ki se lahko uporabi za izdelavo naprav.
Specifikacije
Za LNOI rezine je značilnih več pomembnih specifikacij, ki zagotavljajo njihovo primernost za visokozmogljive aplikacije. Te vključujejo:
Specifikacije materiala
| Material | Specifikacije |
| Material | Homogeno: LiNbO3 |
| Kakovost materiala | Mehurčki ali vključki <100 μm |
| Orientacija | Y-rez ±0,2° |
| Gostota | 4,65 g/cm³ |
| Curiejeva temperatura | 1142 ±1 °C |
| Preglednost | >95 % v območju 450–700 nm (debelina 10 mm) |
Proizvodne specifikacije
| Parameter | Specifikacija |
| Premer | 150 mm ±0,2 mm |
| Debelina | 350 μm ±10 μm |
| Ploskost | <1,3 μm |
| Skupna sprememba debeline (TTV) | Upogibanje <70 μm pri rezini 150 mm |
| Lokalna variacija debeline (LTV) | <70 μm pri rezini 150 mm |
| Hrapavost | Rq ≤0,5 nm (vrednost AFM RMS) |
| Kakovost površine | 40-20 |
| Delci (neodstranljivi) | 100–200 μm ≤3 delci |
| Čips | <300 μm (celotna rezina, brez izključitvenega območja) |
| Razpoke | Brez razpok (polna rezina) |
| Kontaminacija | Brez neodstranljivih madežev (celotna rezina) |
| Vzporednost | <30 kotnih sekund |
| Referenčna ravnina orientacije (os X) | 47 ±2 mm |
Aplikacije
LNOI rezine se zaradi svojih edinstvenih lastnosti uporabljajo v številnih aplikacijah, zlasti na področju fotonike, telekomunikacij in kvantnih tehnologij. Nekatere ključne aplikacije vključujejo:
Integrirana optika:LNOI rezine se pogosto uporabljajo v integriranih optičnih vezjih, kjer omogočajo izdelavo visokozmogljivih fotonskih naprav, kot so modulatorji, valovodi in resonatorji. Zaradi visokih nelinearnih optičnih lastnosti je litijev niobat odlična izbira za aplikacije, ki zahtevajo učinkovito manipulacijo svetlobe.
Telekomunikacije:LNOI rezine se uporabljajo v optičnih modulatorjih, ki so bistvene komponente v visokohitrostnih komunikacijskih sistemih, vključno z optičnimi omrežji. Zmožnost modulacije svetlobe pri visokih frekvencah naredi LNOI rezine idealne za sodobne telekomunikacijske sisteme.
Kvantno računalništvo:V kvantnih tehnologijah se rezine LNOI uporabljajo za izdelavo komponent za kvantne računalnike in kvantne komunikacijske sisteme. Nelinearne optične lastnosti LNOI se izkoriščajo za ustvarjanje prepletenih fotonskih parov, ki so ključni za kvantno distribucijo ključev in kvantno kriptografijo.
Senzorji:LNOI rezine se uporabljajo v različnih senzorskih aplikacijah, vključno z optičnimi in akustičnimi senzorji. Zaradi svoje sposobnosti interakcije s svetlobo in zvokom so vsestranske za različne vrste senzorskih tehnologij.
Pogosta vprašanja
Q:Kaj je tehnologija LNOI?
Tehnologija LNOI vključuje prenos tanke plasti litijevega niobata na izolacijsko podlago, običajno silicij. Ta tehnologija izkorišča edinstvene lastnosti litijevega niobata, kot so njegove visoke nelinearne optične lastnosti, piezoelektričnost in piroelektričnost, zaradi česar je idealen za integrirano optiko in telekomunikacije.
Q:Kakšna je razlika med LNOI in SOI rezinami?
A: Tako LNOI kot SOI rezine so si podobne, saj so sestavljene iz tanke plasti materiala, vezane na podlago. Vendar pa LNOI rezine kot material tanke plasti uporabljajo litijev niobat, medtem ko SOI rezine uporabljajo silicij. Ključna razlika je v lastnostih materiala tanke plasti, pri čemer LNOI ponuja vrhunske optične in piezoelektrične lastnosti.
Q:Kakšne so prednosti uporabe LNOI rezin?
A: Glavne prednosti LNOI rezin vključujejo njihove odlične optične lastnosti, kot so visoki nelinearni optični koeficienti, in mehansko trdnost. Zaradi teh lastnosti so LNOI rezine idealne za uporabo v visokohitrostnih, visokofrekvenčnih in kvantnih aplikacijah.
Q:Ali se lahko LNOI rezine uporabljajo za kvantne aplikacije?
O: Da, LNOI rezine se pogosto uporabljajo v kvantnih tehnologijah zaradi svoje sposobnosti ustvarjanja prepletenih fotonskih parov in združljivosti z integrirano fotoniko. Te lastnosti so ključne za uporabo v kvantnem računalništvu, komunikaciji in kriptografiji.
Q:Kakšna je tipična debelina LNOI filmov?
Debelina filmov A:LNOI je običajno od nekaj sto nanometrov do nekaj mikrometrov, odvisno od specifične uporabe. Debelina se nadzoruje med postopkom ionske implantacije.
