8-дюймовая пластина LNOI (LiNbO3 на изоляторе) для оптических модуляторов, волноводов, интегральных схем
Подробная схема
Введение
Пластины из ниобата лития на изоляторе (LNOI) являются передовым материалом, используемым в различных передовых оптических и электронных приложениях. Эти пластины производятся путем переноса тонкого слоя ниобата лития (LiNbO₃) на изолирующую подложку, обычно кремний или другой подходящий материал, с использованием сложных методов, таких как ионная имплантация и соединение пластин. Технология LNOI имеет много общего с технологией пластин из кремния на изоляторе (SOI), но использует уникальные оптические свойства ниобата лития, материала, известного своими пьезоэлектрическими, пироэлектрическими и нелинейными оптическими характеристиками.
Пластины LNOI привлекли значительное внимание в таких областях, как интегральная оптика, телекоммуникации и квантовые вычисления, благодаря их превосходной производительности в высокочастотных и высокоскоростных приложениях. Пластины производятся с использованием технологии «Smart-cut», которая позволяет точно контролировать толщину тонкой пленки ниобата лития, гарантируя, что пластины соответствуют требуемым спецификациям для различных приложений.
Принцип
Процесс создания пластин LNOI начинается с объемного кристалла ниобата лития. Кристалл подвергается ионной имплантации, при которой высокоэнергетические ионы гелия внедряются в поверхность кристалла ниобата лития. Эти ионы проникают в кристалл на определенную глубину и разрушают кристаллическую структуру, создавая хрупкую плоскость, которую впоследствии можно использовать для разделения кристалла на тонкие слои. Удельная энергия ионов гелия контролирует глубину имплантации, которая напрямую влияет на толщину конечного слоя ниобата лития.
После ионной имплантации кристалл ниобата лития прикрепляется к подложке с помощью техники, называемой соединением пластин. Процесс соединения обычно использует метод прямого соединения, при котором две поверхности (кристалл ниобата лития с ионным имплантированием и подложка) прижимаются друг к другу под воздействием высокой температуры и давления для создания прочной связи. В некоторых случаях для дополнительной поддержки может использоваться адгезивный материал, такой как бензоциклобутен (BCB).
После сращивания пластина проходит процесс отжига для устранения повреждений, вызванных ионной имплантацией, и улучшения связи между слоями. Отжиг также способствует отделению тонкого слоя ниобата лития от исходного кристалла, оставляя тонкий высококачественный слой ниобата лития, который можно использовать для изготовления устройств.
Технические характеристики
Пластины LNOI характеризуются несколькими важными характеристиками, которые обеспечивают их пригодность для высокопроизводительных приложений. К ним относятся:
Характеристики материалов
| Материал | Характеристики |
| Материал | Однородный: LiNbO3 |
| Качество материала | Пузырьки или включения <100 мкм |
| Ориентация | Y-срез ±0,2° |
| Плотность | 4,65 г/см³ |
| Температура Кюри | 1142 ±1°С |
| Прозрачность | >95% в диапазоне 450-700 нм (толщина 10 мм) |
Технические характеристики изготовления
| Параметр | Спецификация |
| Диаметр | 150 мм ±0,2 мм |
| Толщина | 350 мкм ±10 мкм |
| Плоскостность | <1,3 мкм |
| Общее изменение толщины (TTV) | Деформация <70 мкм на пластине 150 мм |
| Локальное изменение толщины (LTV) | <70 мкм на пластине 150 мм |
| Шероховатость | Rq ≤0,5 нм (среднеквадратичное значение АСМ) |
| Качество поверхности | 40-20 |
| Частицы (неудаляемые) | 100-200 мкм ≤3 частиц |
| Чипсы | <300 мкм (полная пластина, без исключенной зоны) |
| Трещины | Трещин нет (цельная пластина) |
| Загрязнение | Нет неудаляемых пятен (полная пластина) |
| Параллелизм | <30 угловых секунд |
| Плоскость отсчета ориентации (ось X) | 47 ±2 мм |
Приложения
Пластины LNOI используются в широком спектре приложений благодаря своим уникальным свойствам, особенно в области фотоники, телекоммуникаций и квантовых технологий. Некоторые из ключевых приложений включают:
Интегрированная оптика:Пластины LNOI широко используются в интегральных оптических схемах, где они позволяют создавать высокопроизводительные фотонные устройства, такие как модуляторы, волноводы и резонаторы. Высокие нелинейные оптические свойства ниобата лития делают его отличным выбором для приложений, требующих эффективной манипуляции светом.
Телекоммуникации:Пластины LNOI используются в оптических модуляторах, которые являются важными компонентами в высокоскоростных системах связи, включая волоконно-оптические сети. Способность модулировать свет на высоких частотах делает пластины LNOI идеальными для современных телекоммуникационных систем.
Квантовые вычисления:В квантовых технологиях пластины LNOI используются для изготовления компонентов квантовых компьютеров и квантовых систем связи. Нелинейные оптические свойства LNOI используются для создания запутанных пар фотонов, которые имеют решающее значение для квантового распределения ключей и квантовой криптографии.
Датчики:Пластины LNOI используются в различных сенсорных приложениях, включая оптические и акустические датчики. Их способность взаимодействовать как со светом, так и со звуком делает их универсальными для различных типов сенсорных технологий.
Часто задаваемые вопросы
Q:Что такое технология LNOI?
A: Технология LNOI подразумевает перенос тонкой пленки ниобата лития на изолирующую подложку, обычно кремниевую. Эта технология использует уникальные свойства ниобата лития, такие как его высокие нелинейные оптические характеристики, пьезоэлектричество и пироэлектричество, что делает его идеальным для интегрированной оптики и телекоммуникаций.
Q:В чем разница между пластинами LNOI и SOI?
A:Обе пластины LNOI и SOI похожи тем, что состоят из тонкого слоя материала, связанного с подложкой. Однако пластины LNOI используют ниобат лития в качестве тонкопленочного материала, тогда как пластины SOI используют кремний. Ключевое различие заключается в свойствах тонкопленочного материала, при этом LNOI обеспечивает превосходные оптические и пьезоэлектрические свойства.
Q:Каковы преимущества использования пластин LNOI?
A:Основные преимущества пластин LNOI включают их превосходные оптические свойства, такие как высокие нелинейные оптические коэффициенты, и их механическую прочность. Эти характеристики делают пластины LNOI идеальными для использования в высокоскоростных, высокочастотных и квантовых приложениях.
Q:Можно ли использовать пластины LNOI для квантовых приложений?
A:Да, пластины LNOI широко используются в квантовых технологиях благодаря их способности генерировать запутанные пары фотонов и их совместимости с интегрированной фотоникой. Эти свойства имеют решающее значение для приложений в квантовых вычислениях, связи и криптографии.
Q:Какова типичная толщина пленок LNOI?
A:Пленки LNOI обычно имеют толщину от нескольких сотен нанометров до нескольких микрометров в зависимости от конкретного применения. Толщина контролируется в процессе ионной имплантации.
