8 դյույմանոց LNOI (LiNbO3 մեկուսիչի վրա) թիթեղ օպտիկական մոդուլյատորների, ալիքատարերի և ինտեգրալային սխեմաների համար
Մանրամասն դիագրամ
Ներածություն
Լիթիումի նիոբատը մեկուսիչի վրա (LNOI) վաֆլիները առաջատար նյութ են, որոնք օգտագործվում են տարբեր առաջադեմ օպտիկական և էլեկտրոնային կիրառություններում: Այս վաֆլիները արտադրվում են լիթիումի նիոբատի (LiNbO₃) բարակ շերտը մեկուսիչ հիմքի, սովորաբար սիլիցիումի կամ այլ համապատասխան նյութի վրա տեղափոխելով՝ օգտագործելով բարդ տեխնիկա, ինչպիսիք են իոնային իմպլանտացիան և վաֆլիների կապը: LNOI տեխնոլոգիան շատ նմանություններ ունի սիլիցիումի մեկուսիչի վրա (SOI) վաֆլի տեխնոլոգիայի հետ, բայց օգտագործում է լիթիումի նիոբատի եզակի օպտիկական հատկությունները, որը նյութ է, որը հայտնի է իր պիեզոէլեկտրական, պիրոէլեկտրական և ոչ գծային օպտիկական բնութագրերով:
LNOI թիթեղները մեծ ուշադրության են արժանացել այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են ինտեգրված օպտիկան, հեռահաղորդակցությունը և քվանտային հաշվարկները՝ բարձր հաճախականության և բարձր արագության կիրառություններում իրենց գերազանց կատարողականության շնորհիվ: Թիթեղները արտադրվում են «Smart-cut» տեխնիկայի միջոցով, որը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ կառավարել լիթիումի նիոբատի բարակ թաղանթի հաստությունը՝ ապահովելով, որ թիթեղները համապատասխանեն տարբեր կիրառությունների համար անհրաժեշտ պահանջներին:
Սկզբունք
LNOI վաֆլիների ստեղծման գործընթացը սկսվում է լիթիումի նիոբատի զանգվածային բյուրեղից։ Բյուրեղը ենթարկվում է իոնային իմպլանտացիայի, որտեղ բարձր էներգիայի հելիումի իոնները ներմուծվում են լիթիումի նիոբատի բյուրեղի մակերես։ Այս իոնները թափանցում են բյուրեղի մեջ որոշակի խորությամբ և խաթարում բյուրեղային կառուցվածքը՝ ստեղծելով փխրուն հարթություն, որը հետագայում կարող է օգտագործվել բյուրեղը բարակ շերտերի բաժանելու համար։ Հելիումի իոնների տեսակարար էներգիան կարգավորում է իմպլանտացիայի խորությունը, որն անմիջականորեն ազդում է լիթիումի նիոբատի վերջնական շերտի հաստության վրա։
Իոնային իմպլանտացիայից հետո լիթիումի նիոբատի բյուրեղը միացվում է հիմքին՝ օգտագործելով վաֆլերային միացում կոչվող տեխնիկան: Միացման գործընթացը սովորաբար օգտագործում է ուղղակի միացման մեթոդ, որտեղ երկու մակերեսները (իոնային իմպլանտացված լիթիումի նիոբատի բյուրեղը և հիմքը) սեղմվում են բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման տակ՝ ամուր կապ ստեղծելու համար: Որոշ դեպքերում, լրացուցիչ հենարանի համար կարող է օգտագործվել բենզոցիկլոբուտենի (BCB) նման կպչուն նյութ:
Կապակցումից հետո վաֆլին ենթարկվում է թրծման գործընթացի՝ իոնային իմպլանտացիայի հետևանքով առաջացած ցանկացած վնասը վերականգնելու և շերտերի միջև կապը ամրապնդելու համար: Թրծման գործընթացը նաև օգնում է լիթիումի նիոբատի բարակ շերտին անջատվել սկզբնական բյուրեղից՝ թողնելով լիթիումի նիոբատի բարակ, բարձրորակ շերտ, որը կարող է օգտագործվել սարքերի արտադրության համար:
Տեխնիկական բնութագրեր
LNOI թիթեղները բնութագրվում են մի քանի կարևոր բնութագրերով, որոնք ապահովում են դրանց պիտանիությունը բարձր արդյունավետության կիրառությունների համար: Դրանք ներառում են՝
Նյութական տեխնիկական բնութագրեր
| Նյութ | Տեխնիկական բնութագրեր |
| Նյութ | Միատարր՝ LiNbO3 |
| Նյութի որակը | Փուչիկներ կամ ներառումներ <100 մկմ |
| Կողմնորոշում | Y-աձև կտրվածք ±0.2° |
| Խտություն | 4.65 գ/սմ³ |
| Կյուրիի ջերմաստիճանը | 1142 ±1°C |
| Թափանցիկություն | >95% 450-700 նմ տիրույթում (10 մմ հաստություն) |
Արտադրության տեխնիկական բնութագրերը
| Պարամետր | Տեխնիկական բնութագրեր |
| Տրամագիծ | 150 մմ ±0.2 մմ |
| Հաստություն | 350 մկմ ±10 մկմ |
| Հարթություն | <1.3 մկմ |
| Ընդհանուր հաստության տատանում (TTV) | Ծռվածք <70 մկմ @ 150 մմ վաֆլի |
| Տեղական հաստության տատանում (LTV) | <70 մկմ @ 150 մմ վաֆլի |
| Կոպիտություն | Rq ≤0.5 նմ (AFM RMS արժեք) |
| Մակերեսի որակը | 40-20 |
| Մասնիկներ (չհեռացվող) | 100-200 մկմ ≤3 մասնիկներ |
| Չիպսեր | <300 մկմ (լրիվ թիթեղ, առանց բացառման գոտու) |
| ճաքեր | Ճաքեր չկան (ամբողջական վաֆլի) |
| Աղտոտում | Անհեռացվող բծեր չկան (ամբողջական վաֆլի) |
| Զուգահեռություն | <30 արկ վայրկյան |
| Կողմնորոշման հղման հարթություն (X առանցք) | 47 ±2 մմ |
Դիմումներ
Իրենց եզակի հատկությունների շնորհիվ LNOI վեֆլերները օգտագործվում են լայն կիրառություններում, մասնավորապես ֆոտոնիկայի, հեռահաղորդակցության և քվանտային տեխնոլոգիաների ոլորտներում: Հիմնական կիրառություններից մի քանիսն են՝
Ինտեգրված օպտիկա՝LNOI թիթեղները լայնորեն կիրառվում են ինտեգրված օպտիկական սխեմաներում, որտեղ դրանք հնարավորություն են տալիս ստեղծել բարձր արդյունավետությամբ ֆոտոնային սարքեր, ինչպիսիք են մոդուլյատորները, ալիքատարները և ռեզոնատորները: Լիթիումի նիոբատի բարձր ոչ գծային օպտիկական հատկությունները այն դարձնում են գերազանց ընտրություն լույսի արդյունավետ մանիպուլյացիա պահանջող կիրառությունների համար:
Հեռահաղորդակցություն:LNOI թիթեղները օգտագործվում են օպտիկական մոդուլյատորներում, որոնք կարևոր բաղադրիչներ են բարձր արագության կապի համակարգերի, այդ թվում՝ օպտիկամանրաթելային ցանցերի համար: Բարձր հաճախականություններում լույսը մոդուլացնելու ունակությունը LNOI թիթեղները դարձնում է իդեալական ժամանակակից հեռահաղորդակցության համակարգերի համար:
Քվանտային հաշվարկներ.Քվանտային տեխնոլոգիաներում LNOI թիթեղները օգտագործվում են քվանտային համակարգիչների և քվանտային կապի համակարգերի բաղադրիչներ ստեղծելու համար: LNOI-ի ոչ գծային օպտիկական հատկությունները օգտագործվում են խճճված ֆոտոնային զույգեր ստեղծելու համար, որոնք կարևոր են քվանտային բանալիների բաշխման և քվանտային կրիպտոգրաֆիայի համար:
Սենսորներ՝LNOI թիթեղները օգտագործվում են տարբեր զգայարաններում, այդ թվում՝ օպտիկական և ակուստիկ սենսորներում: Լույսի և ձայնի հետ փոխազդելու դրանց ունակությունը դրանք բազմակողմանի է դարձնում տարբեր տեսակի զգայարանների տեխնոլոգիաների համար:
Հաճախակի տրվող հարցեր
Q:Ի՞նչ է LNOI տեխնոլոգիան։
Ա. LNOI տեխնոլոգիան ներառում է բարակ լիթիումի նիոբատի թաղանթի տեղափոխումը մեկուսիչ հիմքի, սովորաբար սիլիցիումի, վրա: Այս տեխնոլոգիան օգտագործում է լիթիումի նիոբատի եզակի հատկությունները, ինչպիսիք են դրա բարձր ոչ գծային օպտիկական բնութագրերը, պիեզոէլեկտրականությունը և պիրոէլեկտրականությունը, դարձնելով այն իդեալական ինտեգրված օպտիկայի և հեռահաղորդակցության համար:
Q:Ի՞նչ տարբերություն կա LNOI և SOI վաֆլիների միջև։
Ա. Ե՛վ LNOI, և՛ SOI վեֆլիները նման են նրանով, որ կազմված են հիմքին կպած բարակ շերտից: Այնուամենայնիվ, LNOI վեֆլիները որպես բարակ թաղանթային նյութ օգտագործում են լիթիումի նիոբատ, մինչդեռ SOI վեֆլիները՝ սիլիցիում: Հիմնական տարբերությունը բարակ թաղանթային նյութի հատկությունների մեջ է, որտեղ LNOI-ն առաջարկում է գերազանց օպտիկական և պիեզոէլեկտրական հատկություններ:
Q:Որո՞նք են LNOI վեֆլերի օգտագործման առավելությունները։
Ա. LNOI վեֆերի հիմնական առավելություններից են դրանց գերազանց օպտիկական հատկությունները, ինչպիսիք են բարձր ոչ գծային օպտիկական գործակիցները և մեխանիկական ամրությունը: Այս բնութագրերը LNOI վեֆերը դարձնում են իդեալական բարձր արագության, բարձր հաճախականության և քվանտային կիրառություններում օգտագործելու համար:
Q:Կարո՞ղ են LNOI վեֆլերները օգտագործվել քվանտային կիրառությունների համար։
Ա. Այո, LNOI վեֆլերները լայնորեն կիրառվում են քվանտային տեխնոլոգիաներում՝ խճճված ֆոտոնային զույգեր ստեղծելու իրենց ունակության և ինտեգրված ֆոտոնիկայի հետ համատեղելիության շնորհիվ: Այս հատկությունները կարևոր են քվանտային հաշվարկների, կապի և կրիպտոգրաֆիայի կիրառությունների համար:
Q:Որքա՞ն է LNOI թաղանթների բնորոշ հաստությունը։
Ա. LNOI թաղանթների հաստությունը սովորաբար տատանվում է մի քանի հարյուր նանոմետրից մինչև մի քանի միկրոմետր՝ կախված կոնկրետ կիրառությունից: Հաստությունը կարգավորվում է իոնային իմպլանտացիայի գործընթացի ընթացքում:
