8-inčna LNOI (LiNbO3 na izolatoru) pločica za optičke modulatore, valovode i integrirane krugove
Detaljan dijagram
Uvod
Pločice litijevog niobata na izolatoru (LNOI) vrhunski su materijal koji se koristi u raznim naprednim optičkim i elektroničkim primjenama. Ove se pločice proizvode prijenosom tankog sloja litijevog niobata (LiNbO₃) na izolacijsku podlogu, obično silicij ili drugi prikladni materijal, korištenjem sofisticiranih tehnika poput ionske implantacije i lijepljenja pločica. LNOI tehnologija dijeli mnoge sličnosti s tehnologijom pločica silicij na izolatoru (SOI), ali koristi jedinstvena optička svojstva litijevog niobata, materijala poznatog po svojim piezoelektričnim, piroelektričnim i nelinearnim optičkim karakteristikama.
LNOI pločice privukle su značajnu pozornost u područjima kao što su integrirana optika, telekomunikacije i kvantno računarstvo zbog svojih vrhunskih performansi u visokofrekventnim i brzim primjenama. Pločice se proizvode tehnikom "Smart-cut", koja omogućuje preciznu kontrolu debljine tankog filma litijevog niobata, osiguravajući da pločice zadovoljavaju potrebne specifikacije za različite primjene.
Načelo
Proces stvaranja LNOI pločica započinje s kristalom litijevog niobata u rasutom stanju. Kristal se podvrgava ionskoj implantaciji, gdje se visokoenergetski ioni helija uvode u površinu kristala litijevog niobata. Ti ioni prodiru u kristal do određene dubine i narušavaju kristalnu strukturu, stvarajući krhku ravninu koja se kasnije može koristiti za odvajanje kristala u tanke slojeve. Specifična energija iona helija kontrolira dubinu implantacije, što izravno utječe na debljinu konačnog sloja litijevog niobata.
Nakon ionske implantacije, kristal litijevog niobata veže se za podlogu tehnikom koja se naziva lijepljenje pločice. Proces lijepljenja obično koristi metodu izravnog lijepljenja, gdje se dvije površine (ionski implantirani kristal litijevog niobata i podloga) pritišću jedna uz drugu pod visokom temperaturom i tlakom kako bi se stvorila jaka veza. U nekim slučajevima, za dodatnu potporu može se koristiti ljepljivi materijal poput benzociklobutena (BCB).
Nakon lijepljenja, pločica prolazi kroz proces žarenja kako bi se popravila bilo kakva oštećenja uzrokovana implantacijom iona i poboljšala veza između slojeva. Proces žarenja također pomaže tankom sloju litijevog niobata da se odvoji od izvornog kristala, ostavljajući za sobom tanki, visokokvalitetni sloj litijevog niobata koji se može koristiti za izradu uređaja.
Tehnički podaci
LNOI pločice karakterizira nekoliko važnih specifikacija koje osiguravaju njihovu prikladnost za visokoučinkovite primjene. To uključuje:
Specifikacije materijala
| Materijal | Specifikacije |
| Materijal | Homogeno: LiNbO3 |
| Kvaliteta materijala | Mjehurići ili inkluzije <100 μm |
| Orijentacija | Y-rez ±0,2° |
| Gustoća | 4,65 g/cm³ |
| Curiejeva temperatura | 1142 ±1°C |
| Transparentnost | >95% u rasponu od 450-700 nm (debljina 10 mm) |
Proizvodne specifikacije
| Parametar | Specifikacija |
| Promjer | 150 mm ±0,2 mm |
| Debljina | 350 μm ±10 μm |
| Plosnatost | <1,3 μm |
| Ukupna varijacija debljine (TTV) | Iskrivljenost <70 μm @ 150 mm pločice |
| Lokalna varijacija debljine (LTV) | <70 μm @ 150 mm pločica |
| Hrapavost | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS vrijednost) |
| Kvaliteta površine | 40-20 |
| Čestice (neuklonjive) | 100-200 μm ≤3 čestice |
| Čips | <300 μm (puna pločica, bez zone isključenja) |
| Pukotine | Bez pukotina (puna pločica) |
| Kontaminacija | Nema neuklonjivih mrlja (cijela pločica) |
| Paralelizam | <30 kutnih sekundi |
| Referentna ravnina orijentacije (os X) | 47 ±2 mm |
Primjene
LNOI pločice se koriste u širokom rasponu primjena zbog svojih jedinstvenih svojstava, posebno u područjima fotonike, telekomunikacija i kvantnih tehnologija. Neke od ključnih primjena uključuju:
Integrirana optika:LNOI pločice se široko koriste u integriranim optičkim krugovima, gdje omogućuju izradu visokoučinkovitih fotonskih uređaja poput modulatora, valovoda i rezonatora. Visoka nelinearna optička svojstva litijevog niobata čine ga izvrsnim izborom za primjene koje zahtijevaju učinkovitu manipulaciju svjetlošću.
Telekomunikacija:LNOI pločice se koriste u optičkim modulatorima, koji su bitne komponente u brzim komunikacijskim sustavima, uključujući optičke mreže. Sposobnost modulacije svjetlosti na visokim frekvencijama čini LNOI pločice idealnim za moderne telekomunikacijske sustave.
Kvantno računanje:U kvantnim tehnologijama, LNOI pločice se koriste za izradu komponenti za kvantna računala i kvantne komunikacijske sustave. Nelinearna optička svojstva LNOI-ja iskorištavaju se za stvaranje isprepletenih fotonskih parova, koji su ključni za kvantnu distribuciju ključeva i kvantnu kriptografiju.
Senzori:LNOI pločice se koriste u raznim senzorskim primjenama, uključujući optičke i akustične senzore. Njihova sposobnost interakcije sa svjetlom i zvukom čini ih svestranim za različite vrste senzorskih tehnologija.
Često postavljana pitanja
Q:Što je LNOI tehnologija?
A:LNOI tehnologija uključuje prijenos tankog filma litijevog niobata na izolacijsku podlogu, obično silicij. Ova tehnologija iskorištava jedinstvena svojstva litijevog niobata, kao što su njegove visoke nelinearne optičke karakteristike, piezoelektričnost i piroelektričnost, što ga čini idealnim za integriranu optiku i telekomunikacije.
Q:Koja je razlika između LNOI i SOI pločica?
A: I LNOI i SOI pločice su slične po tome što se sastoje od tankog sloja materijala vezanog za podlogu. Međutim, LNOI pločice koriste litijev niobat kao materijal tankog filma, dok SOI pločice koriste silicij. Ključna razlika leži u svojstvima materijala tankog filma, pri čemu LNOI nudi superiorna optička i piezoelektrična svojstva.
Q:Koje su prednosti korištenja LNOI pločica?
Glavne prednosti LNOI pločica uključuju njihova izvrsna optička svojstva, poput visokih nelinearnih optičkih koeficijenata i njihovu mehaničku čvrstoću. Ove karakteristike čine LNOI pločice idealnim za upotrebu u brzim, visokofrekventnim i kvantnim primjenama.
Q:Mogu li se LNOI pločice koristiti za kvantne primjene?
Da, LNOI pločice se široko koriste u kvantnim tehnologijama zbog svoje sposobnosti generiranja isprepletenih fotonskih parova i kompatibilnosti s integriranom fotonikom. Ta su svojstva ključna za primjene u kvantnom računarstvu, komunikaciji i kriptografiji.
Q:Kolika je tipična debljina LNOI filmova?
A:LNOI filmovi obično imaju debljinu od nekoliko stotina nanometara do nekoliko mikrometara, ovisno o specifičnoj primjeni. Debljina se kontrolira tijekom procesa ionske implantacije.
