8-дюймовая пластина LNOI (LiNbO3 на изоляторе) для оптических модуляторов, волноводов, интегральных схем
Подробная схема
Введение
Пластины ниобата лития на изоляторе (LNOI) — это передовой материал, используемый в различных передовых оптических и электронных приложениях. Эти пластины изготавливаются путём переноса тонкого слоя ниобата лития (LiNbO₃) на изолирующую подложку, обычно кремний или другой подходящий материал, с использованием сложных методов, таких как ионная имплантация и сварка пластин. Технология LNOI имеет много общего с технологией пластин «кремний на изоляторе» (SOI), но использует уникальные оптические свойства ниобата лития — материала, известного своими пьезоэлектрическими, пироэлектрическими и нелинейно-оптическими характеристиками.
Пластины LNOI привлекли значительное внимание в таких областях, как интегральная оптика, телекоммуникации и квантовые вычисления, благодаря своим превосходным характеристикам в высокочастотных и высокоскоростных приложениях. Пластины производятся с использованием технологии «Smart-cut», которая позволяет точно контролировать толщину тонкой плёнки ниобата лития, гарантируя их соответствие требованиям различных приложений.
Принцип
Процесс создания пластин LNOI начинается с объёмного кристалла ниобата лития. Кристалл подвергается ионной имплантации, при которой высокоэнергетические ионы гелия внедряются в поверхность кристалла ниобата лития. Эти ионы проникают в кристалл на определённую глубину и разрушают его структуру, создавая хрупкую плоскость, которую впоследствии можно использовать для разделения кристалла на тонкие слои. Удельная энергия ионов гелия определяет глубину имплантации, которая напрямую влияет на толщину конечного слоя ниобата лития.
После ионной имплантации кристалл ниобата лития прикрепляется к подложке с помощью технологии, называемой ионно-имплантационной сваркой. Процесс склеивания обычно использует метод прямого склеивания, при котором две поверхности (кристалл ниобата лития с ионным имплантированием и подложка) прижимаются друг к другу под высоким давлением и температурой для создания прочного соединения. В некоторых случаях для дополнительной фиксации может использоваться адгезивный материал, например, бензоциклобутен (БЦБ).
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 рядом важных характеристик, обеспечивающих их пригодность для высокопроизводительных приложений. К ним относятся:
Технические характеристики материалов
| Материал | Технические 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 | Без трещин (цельная пластина) |
| Загрязнение | Нет неудаляемых пятен (полная пластина) |
| Параллелизм | <30 угловых секунд |
| Плоскость отсчета ориентации (ось X) | 47 ±2 мм |
Приложения
Пластины LNOI находят широкое применение благодаря своим уникальным свойствам, особенно в области фотоники, телекоммуникаций и квантовых технологий. Некоторые из ключевых областей применения 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 обработки света.
Телекоммуникации:Пластины LNOI используются в оптических модуляторах, которые являются важнейшими компонентами высокоскоростных систем 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, критически важных для квантового распределения ключей и квантовой криптографии.
Датчики:Пластины LNOI используются в различных сенсорных системах, 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 предполагает перенос тонкой плёнки ниобата лития на изолирующую подложку, обычно кремниевую. Эта технология использует уникальные свойства ниобата лития, такие как высокие нелинейные оптические характеристики, пьезо- и пироэлектрические свойства, что делает его идеальным материалом для интегральной оптики и телекоммуникаций.
Q:В чем разница между пластинами LNOI и SOI?
A: Пластины LNOI и SOI схожи тем, что состоят из тонкого слоя материала, связанного с подложкой. Однако в пластинах LNOI в качестве тонкоплёночного материала используется ниобат лития, а в пластинах SOI — кремний. Ключевое различие заключается в свойствах тонкоплёночного материала: LNOI обладает превосходными оптическими и пьезоэлектрическими свойствами.
Q:Каковы преимущества использования пластин LNOI?
A:Основными преимуществами пластин LNOI являются их превосходные оптические свойства, такие как высокие нелинейные оптические коэффициенты, и механическая 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 своей способности генерировать запутанные пары фотонов и совместимости с интегральной фотоникой. Эти свойства критически важны для приложений в квантовых вычислениях, коммуникациях и криптографии.
Q:Какова типичная толщина пленок LNOI?
Толщина пленок A:LNOI обычно варьируется от нескольких сотен нанометров до нескольких микрометров, в зависимости от конкретного применения. Толщина контролируется в процессе ионной имплантации.
