Բարակ թաղանթային լիթիումի տանտալատ (LTOI) նյութը ինտեգրված օպտիկայի ոլորտում դառնում է նշանակալի նոր ուժ: Այս տարի հրապարակվել են LTOI մոդուլյատորների վերաբերյալ մի քանի բարձր մակարդակի աշխատանքներ, որոնցից են Շանհայի միկրոհամակարգերի և տեղեկատվական տեխնոլոգիաների ինստիտուտի պրոֆեսոր Սին Օուի կողմից տրամադրված բարձրորակ LTOI թիթեղները, ինչպես նաև Շվեյցարիայի EPFL-ում պրոֆեսոր Կիպենբերգի խմբի կողմից մշակված բարձրորակ ալիքատար փորագրման գործընթացները: Նրանց համատեղ ջանքերը ցույց են տվել տպավորիչ արդյունքներ: Բացի այդ, պրոֆեսոր Լյու Լյուի գլխավորությամբ Չժեցզյան համալսարանի և պրոֆեսոր Լոնկարի գլխավորությամբ Հարվարդի համալսարանի հետազոտական խմբերը նույնպես զեկույցներ են հրապարակել բարձր արագությամբ, բարձր կայունությամբ LTOI մոդուլյատորների վերաբերյալ:
Որպես բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատի (LNOI) մոտ ազգական, LTOI-ն պահպանում է լիթիումի նիոբատի բարձր արագության մոդուլյացիայի և ցածր կորուստների բնութագրերը՝ միաժամանակ առաջարկելով այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են ցածր գինը, ցածր կրկնակի բեկումը և լուսաբեկման էֆեկտների նվազումը: Երկու նյութերի հիմնական բնութագրերի համեմատությունը ներկայացված է ստորև:
◆ Լիթիումի տանտալատի (LTOI) և լիթիումի նիոբատի (LNOI) նմանությունները
①Բեկման ինդեքս՝2.12 ընդդեմ 2.21
Սա ենթադրում է, որ երկու նյութերի վրա հիմնված միառոդ ալիքատարի չափերը, ծռման շառավիղը և տարածված պասիվ սարքերի չափերը շատ նման են, և դրանց մանրաթելային միացման կատարողականը նույնպես համեմատելի է։ Լավ ալիքատարի փորագրման դեպքում երկու նյութերն էլ կարող են հասնել ներդրման կորստի՝<0.1 դԲ/սմ: EPFL-ը հայտնում է 5.6 դԲ/մ ալիքատարի կորստի մասին:
②Էլեկտրաօպտիկական գործակից՝30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
Երկու նյութերի համար մոդուլյացիայի արդյունավետությունը համեմատելի է՝ Պոկելսի էֆեկտի վրա հիմնված մոդուլյացիան թույլ է տալիս ապահովել բարձր թողունակություն։ Ներկայումս LTOI մոդուլյատորները կարող են հասնել 400G մեկ գծի համար կատարողականության՝ 110 ԳՀց-ից բարձր թողունակությամբ։
③Գծային բացվածք։3.93 էՎ ընդդեմ 3.78 էՎ-ի
Երկու նյութերն էլ ունեն լայն թափանցիկ պատուհան, որը աջակցում է տեսանելիից մինչև ինֆրակարմիր ալիքի երկարություններ կիրառություններին, առանց կապի տիրույթներում կլանման։
④Երկրորդ կարգի ոչ գծային գործակից (d33):21:00/V vs 27:00/V
Եթե օգտագործվում են ոչ գծային կիրառությունների համար, ինչպիսիք են երկրորդ հարմոնիկայի ստեղծումը (SHG), տարբերության հաճախականության ստեղծումը (DFG) կամ գումարային հաճախականության ստեղծումը (SFG), երկու նյութերի փոխակերպման արդյունավետությունը պետք է բավականին նման լինի։
◆ LTOI-ի արժեքային առավելությունը LNOI-ի համեմատ
①Վաֆլիի պատրաստման ավելի ցածր արժեք
LNOI-ը պահանջում է He իոնների իմպլանտացիա շերտերի բաժանման համար, որն ունի ցածր իոնացման արդյունավետություն: Ի տարբերություն դրա, LTOI-ն օգտագործում է H իոնների իմպլանտացիա բաժանման համար, նման SOI-ին, որի շերտավորման արդյունավետությունը ավելի քան 10 անգամ ավելի բարձր է, քան LNOI-ը: Սա հանգեցնում է 6 դյույմանոց վեֆլերի գնային զգալի տարբերության՝ $300 ընդդեմ $2000-ի, ինչը կազմում է 85% ծախսերի կրճատում:
②Այն արդեն լայնորեն օգտագործվում է սպառողական էլեկտրոնիկայի շուկայում ակուստիկ ֆիլտրերի համար։(Տարեկան 750,000 միավոր, որն օգտագործվում է Samsung-ի, Apple-ի, Sony-ի և այլնի կողմից):
◆ LTOI-ի և LNOI-ի կատարողականի առավելությունները
①Ավելի քիչ նյութական թերություններ, ավելի թույլ լուսաբեկման էֆեկտ, ավելի մեծ կայունություն
Սկզբում LNOI մոդուլյատորները հաճախ ցուցաբերում էին շեղման կետի շեղում, հիմնականում ալիքատար միջերեսի արատների պատճառով լիցքի կուտակման պատճառով: Եթե չբուժվեն, այս սարքերը կարող են մինչև մեկ օր պահանջվել կայունանալու համար: Այնուամենայնիվ, մշակվել են տարբեր մեթոդներ այս խնդիրը լուծելու համար, ինչպիսիք են մետաղական օքսիդային ծածկույթի օգտագործումը, հիմքի բևեռացումը և թրծումը, ինչը այս խնդիրը մեծ մասամբ կառավարելի է դարձնում այժմ:
Ի տարբերություն դրա, LTOI-ն ունի ավելի քիչ նյութական թերություններ, ինչը հանգեցնում է դրեյֆի երևույթների զգալիորեն նվազմանը: Նույնիսկ առանց լրացուցիչ մշակման, դրա աշխատանքային կետը մնում է համեմատաբար կայուն: Նմանատիպ արդյունքներ են հաղորդվել EPFL-ի, Հարվարդի և Չժեցզյան համալսարանի կողմից: Այնուամենայնիվ, համեմատությունը հաճախ օգտագործում է չմշակված LNOI մոդուլյատորներ, ինչը կարող է լիովին արդար չլինել. մշակման դեպքում երկու նյութերի աշխատանքը, հավանաբար, նման է: Հիմնական տարբերությունը կայանում է նրանում, որ LTOI-ն պահանջում է ավելի քիչ լրացուցիչ մշակման քայլեր:
②Ստորին կրկնակի բեկում. 0.004 ընդդեմ 0.07
Լիթիումի նիոբատի (LNOI) բարձր կրկնակի բեկվածությունը երբեմն կարող է մարտահրավեր լինել, հատկապես այն պատճառով, որ ալիքատարի ծռումները կարող են առաջացնել ռեժիմների զուգակցում և ռեժիմների հիբրիդացում: Բարակ LNOI-ում ալիքատարի ծռումը կարող է մասամբ TE լույսը վերածել TM լույսի, ինչը բարդացնում է որոշակի պասիվ սարքերի, ինչպիսիք են ֆիլտրերը, պատրաստումը:
LTOI-ի դեպքում ցածր կրկնակի բեկումը վերացնում է այս խնդիրը, հնարավոր է՝ հեշտացնելով բարձր արդյունավետությամբ պասիվ սարքերի մշակումը: EPFL-ը նույնպես հայտնել է նշանակալի արդյունքների մասին՝ օգտագործելով LTOI-ի ցածր կրկնակի բեկումը և ռեժիմների հատման բացակայությունը՝ լայն սպեկտրային տիրույթում հարթ դիսպերսիայի վերահսկմամբ գերլայն սպեկտրալ էլեկտրաօպտիկական հաճախականության սանրի ստեղծման համար: Սա հանգեցրել է տպավորիչ 450 նմ սանրի թողունակության՝ ավելի քան 2000 սանրի գծերով, որը մի քանի անգամ ավելի մեծ է, քան լիթիումի նիոբատով կարելի է հասնել: Kerr օպտիկական հաճախականության սանրերի համեմատ, էլեկտրաօպտիկական սանրերն ունեն շեմային սահմանափակումներից զերծ լինելու և ավելի կայուն լինելու առավելությունը, չնայած դրանք պահանջում են բարձր հզորության միկրոալիքային մուտք:
③Ավելի բարձր օպտիկական վնասի շեմ
LTOI-ի օպտիկական վնասի շեմը երկու անգամ ավելի է, քան LNOI-ինը, ինչը առավելություն է տալիս ոչ գծային կիրառություններում (և հնարավոր է՝ ապագա կոհերենտ կատարյալ կլանման (CPO) կիրառություններում): Օպտիկական մոդուլի ներկայիս հզորության մակարդակները, հավանաբար, չեն վնասի լիթիումի նիոբատը:
④Ցածր Ռամանի էֆեկտ
Սա վերաբերում է նաև ոչ գծային կիրառություններին: Լիթիումի նիոբատն ունի ուժեղ Ռամանի էֆեկտ, որը Քերի օպտիկական հաճախականության սանրի կիրառություններում կարող է հանգեցնել անցանկալի Ռամանի լույսի առաջացման և մրցակցության ուժեղացման, կանխելով x-կտրված լիթիումի նիոբատի օպտիկական հաճախականության սանրերի սոլիտոնային վիճակի հասնելը: LTOI-ի միջոցով Ռամանի էֆեկտը կարող է ճնշվել բյուրեղային կողմնորոշման դիզայնի միջոցով, թույլ տալով x-կտրված LTOI-ին հասնել սոլիտոնային օպտիկական հաճախականության սանրի առաջացմանը: Սա հնարավորություն է տալիս սոլիտոնային օպտիկական հաճախականության սանրերի մոնոլիտ ինտեգրումը բարձր արագության մոդուլյատորների հետ, ինչը հնարավոր չէ LNOI-ի միջոցով:
◆ Ինչո՞ւ ավելի վաղ չէր հիշատակվել բարակ թաղանթային լիթիումի տանտալատը (LTOI):
Լիթիումի տանտալատն ունի ավելի ցածր Կյուրիի ջերմաստիճան, քան լիթիումի նիոբատը (610°C ընդդեմ 1157°C): Հետերոինտեգրացիայի տեխնոլոգիայի (XOI) զարգացումից առաջ լիթիումի նիոբատային մոդուլյատորները արտադրվում էին տիտանի դիֆուզիայի միջոցով, որը պահանջում է թրծում 1000°C-ից բարձր ջերմաստիճանում, ինչը LTOI-ը դարձնում է անպիտան: Այնուամենայնիվ, մոդուլյատորի ձևավորման համար մեկուսիչ հիմքերի և ալիքատար փորագրության օգտագործմանն այսօրվա անցման հետ մեկտեղ, 610°C Կյուրիի ջերմաստիճանը ավելին քան բավարար է:
◆ Արդյո՞ք բարակ թաղանթային լիթիումի տանտալատը (LTOI) կփոխարինի բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատին (TFLN):
Ընթացիկ հետազոտությունների հիման վրա, LTOI-ն առավելություններ է առաջարկում պասիվ աշխատանքի, կայունության և մեծածավալ արտադրության արժեքի առումով՝ առանց որևէ ակնհայտ թերության: Այնուամենայնիվ, LTOI-ն չի գերազանցում լիթիումի նիոբատին մոդուլյացիայի աշխատանքի առումով, և LNOI-ի հետ կապված կայունության հարցերն ունեն հայտնի լուծումներ: Հաղորդակցման DR մոդուլների համար պասիվ բաղադրիչների պահանջարկը նվազագույն է (և անհրաժեշտության դեպքում կարող է օգտագործվել սիլիցիումի նիտրիդ): Բացի այդ, անհրաժեշտ են նոր ներդրումներ՝ վաֆլի մակարդակի փորագրման գործընթացները, հետերոինտեգրացիայի տեխնիկան և հուսալիության ստուգումը վերականգնելու համար (լիթիումի նիոբատի փորագրման դժվարությունը ոչ թե ալիքատարն էր, այլ բարձր արդյունավետությամբ վաֆլի մակարդակի փորագրման հասնելը): Հետևաբար, լիթիումի նիոբատի հաստատված դիրքի հետ մրցակցելու համար LTOI-ն կարող է անհրաժեշտություն ունենալ բացահայտելու հետագա առավելություններ: Ակադեմիական առումով, սակայն, LTOI-ն զգալի հետազոտական ներուժ է առաջարկում ինտեգրված չիպային համակարգերի համար, ինչպիսիք են օկտավա-տարածող էլեկտրաօպտիկական սանրերը, PPLT-ն, սոլիտոնային և AWG ալիքի երկարության բաժանման սարքերը և զանգվածային մոդուլյատորները:
Հրապարակման ժամանակը. Նոյեմբերի 08-2024