Przegląd

LNOI (Lithium Niobate on Insulator) jest wysokiej wydajności materiałem fotonicznymplatformę włączonyprzez poziom płytki heterogeniczneintegracjaSkłada się z jednego...kryształpłytka cienka z niobatu litu (LN)związane - Na mnie.tlenek izolacyjnywarstwai podłoża. Ta strukturałączącedoskonała elektro-optyczna, nieliniowa optyczna i nisko-utrata przenoszenie właściwości, co czyni go kluczowym materiałem dla nowej generacji fotonicznychzintegrowane obwody(PIC).

StrukturaSpecyfikacje

Jakilustracjanastrona 3 PDF, płytka LNOI ma trzy...warstwastruktura:

• Na górzewarstwa: LN cieńka folia (300~600 nm)
• Środkowawarstwa: SiO2 (215 μm)
• Podłoże dolne: Si, SiC, Sapphire lub Quartz

Dostępnekonfiguracje:

• Wielkość płytki: 4 / 6 / 8 cali (skalowalna mapa drogowa)
• Kryształ orientacjaZ-rozcięcie, X-rozcięcie, Y-rozcięcie,obrotoweWycinek w y
• Dopingopcje: MgO (5 mol%), Er (1 mol%), itp.

Kluczowe wynikiParametry

DlaPłytki o średnicy 6 cali(patrz strona 6):

• Grubość warstwy cienkiej: 300 ∼ 600 nm
• GęstośćZmiany: ≤ 40 nm
• Powierzchniaszorstkość: ~0,19 nm RMS (rezultat badania na stronie 5)
• Wadykontrolne:
  • Pustki (> 10 μm): < 80
  • Cząstki (> 0,3 μm): < 200

Dla8 cali płytki(strona 9):

• GęstośćZmianyzakres: ~ 7,04 nm
• Pustki: < 100
• Proces ciągleoptymalizowane

Wydajność optyczna i elektrooptyczna

Na podstawie badaniadane(strona 8):

• Przepustowość modulacyjna: > 67 GHz
• Elektrooptycznewydajność(Vπ·L): ~2,1 V·cm
• Ultra niskie światłooptyczneutrata(szerokość linii ~ 0,78 pm)

Techarakterystyki wykazaćDoskonałeodpowiedniośćdla szybkich i niskichutratafotoniczneurządzenia.

Wnioski

• Układy fotoniczne zintegrowane (PIC)
• Modulatory optyczne dużych prędkości (100G/400G/800G+)
• Fotonika mikrofalowa
• Optyka nieliniowa (konwersja częstotliwości, OPO itp.)
• Fotonika kwantowa i precyzyjne wykrywanie

Główne zalety

• Silny efekt elektrooptyczny Pockels
• Bardzo niskie straty rozmnażania
• Integracja heterogeniczna zgodna z CMOS
• Skalowalne do dużych rozmiarów płytek (do 8 cali)

WłaściwościWafer LNOI

Produkcja płytek z niobatem litu na izolacji (LNOI) obejmuje złożoną serię kroków łączących naukę o materiałach i zaawansowane techniki wytwarzania.Proces ten ma na celu stworzenie cienkiego, wysokiej jakości folia z niobatu litu (LiNbO3) połączona z podłożem izolacyjnym, takim jak krzem lub sam niobat litu.

Krok 1: Implantacja jonów

Pierwszym krokiem w produkcji płytek LNOI jest implantacja jonów.Maszyna do implantacji jonów przyspiesza jony helu., które penetrują kryształ niobatu litu do określonej głębokości.

Energia jonów helu jest starannie kontrolowana, aby osiągnąć pożądaną głębokość w krysztale.powodujące zaburzenia atomowe prowadzące do powstania osłabionej płaszczyznyTa warstwa pozwoli ostatecznie na rozdzielenie kryształu na dwie warstwy.gdzie górna warstwa (zwana warstwą A) staje się cienką folia niobatu litu potrzebną do LNOI.

Gęstość tego cienkiego folii jest bezpośrednio zależna od głębokości implantacji, która jest kontrolowana przez energię jonów helu.który jest kluczowy dla zapewnienia jednolitości w finalnym filmie.

Krok 2: Przygotowanie podłoża

Po zakończeniu procesu implantacji jonów, następnym krokiem jest przygotowanie podłoża, które będzie wspierać cienką folie niobatu litu.Wykorzystuje się go do wytwarzania węglowodorów, w tym węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów, węglowodorów,Podłoże musi zapewnić mechaniczne wsparcie cienkiej folii i długotrwałą stabilność podczas kolejnych etapów przetwarzania.

Aby przygotować podłoże, a SiO₂ (silicon dioxide) insulating layer is typically deposited onto the surface of the silicon substrate using techniques such as thermal oxidation or PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)W niektórych przypadkach, jeśli warstwa SiO2 nie jest wystarczająco gładka, może być stosowana w celu utrzymania jej stabilności.stosowany jest proces polerowania chemicznego mechanicznego (CMP) w celu zapewnienia jednolitej powierzchni i gotowości do procesu wiązania.

Krok 3: Przywiązanie cienkich folii

Po przygotowaniu podłoża kolejnym krokiem jest połączenie cienkiego folii niobatu litu (warstwa A) z podłożem.jest odwrócony o 180 stopni i umieszczony na przygotowanym podłożuProces wiązania jest zwykle wykonywany przy użyciu techniki wiązania płytek.

W procesie wiązania płytek zarówno kryształ niobatu litu, jak i podłoże są poddawane wysokim ciśnieniom i temperaturze, co powoduje silne przywiązanie obu powierzchni.Proces bezpośredniego wiązania zwykle nie wymaga żadnych materiałów klejącychW celach badawczych, benzoklobuten (BCB) może być stosowany jako materiał łączący pośredni w celu zapewnienia dodatkowego wsparcia,chociaż zazwyczaj nie jest stosowany w produkcji handlowej ze względu na ograniczoną długoterminową stabilność.

Krok 4: Grzewanie i rozszczepianie warstw

Po procesie wiązania wiązana płytka podlega obróbce grzewczej.oraz do naprawy uszkodzeń spowodowanych procesem implantacji jonów.

W trakcie wygrzewania, wiązane płytki są podgrzewane do określonej temperatury i utrzymywane w tej temperaturze przez pewien czas.Proces ten nie tylko wzmacnia wiązania między powierzchniami, ale także powoduje powstawanie mikroburek w warstwie z implantami jonowymiTe bąbelki stopniowo powodują, że warstwa niobatu litu (warstwa A) oddziela się od oryginalnego kryształu niobatu litu (warstwa B).

Po oddzieleniu, do rozdzielenia dwóch warstw używa się narzędzi mechanicznych, pozostawiając na podłożu cienką, wysokiej jakości folie niobatu litu (warstwa A).Temperatura jest stopniowo zmniejszana do temperatury pokojowej, kończąc proces grzania i separacji warstw.

Krok 5: Planaryzacja CMP

Po oddzieleniu warstwy niobatu litu powierzchnia płytki LNOI jest zazwyczaj szorstka i nierówna.płytka jest poddawana końcowemu procesowi chemicznego polerowania mechanicznego (CMP). CMP wygładza powierzchnię płytki, usuwa wszelkie pozostałe szorstki i zapewnia, że cienka folia jest płaska.

Proces CMP jest niezbędny do uzyskania wysokiej jakości wykończenia płytki, które jest kluczowe dla późniejszej produkcji urządzenia.często o grubości (Rq) mniejszej niż 0.5 nm mierzone za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM).

1P: Czy tantalat litu jest tym samym co niobat litu?- Nie.

A: Nie. Tantalat litu (LiTaO3) i niobat litu (LiNbO3) są różnymi materiałami o różnych składach chemicznych (Ta vs.Nb) ale mają podobną strukturę krystaliczną (grupa przestrzenna R3c) i właściwości ferroelektryczne.

2P: Czy niobat litu jest perowskytem?- Nie.

A: Nie. Niobat litu krystalizuje w strukturze nieperowskitowej (grupa przestrzenna R3c), różniącej się od kanonicznej struktury perowskitowej ABX3. Wykazuje jednak zachowanie ferroelektryczne podobne do perowskitu ze względu na oktaedrę tlenową podobną do ABO3.