Tenkovrstvé destičky z niobátu lithného na izolátoru (LNOI) jsou speciálně vyvinuté substráty pro integrovaná fotonická a elektrooptická zařízení.
Platforma se skládá z tenké vrstvy monokrystalického niobátu lithného nanesené na vrstvu zakryté oxidové vrstvy (SiO₂), která je upevněna na křemíkovém nebo izolačním nosném substrátu.
Tato struktura umožňuje silné optické omezení, snížené ztráty při šíření a vysokou elektrooptickou účinnost, což z ní činí jednu z nejdůležitějších materiálových platforem pro moderní integrovanou fotoniku.
Koncepce tenkovrstvého niobátu lithného (TFLN)
Termín „tenkovrstvý niobát lithný“ (TFLN) označuje submikrometrovou krystalickou vrstvu LiNbO₃ určenou pro optické vlnovody s vysokým stupněm ohraničení a pro elektrooptickou modulaci.
Ve srovnání s volně sypaným niobátem lithným nabízí TFLN:
- Silnější optické omezení pole
- Vyšší účinnost modulace
- Menší rozměry zařízení
- Kompatibilita s integrací křemíkové fotoniky
Technologie TFLN je implementována na destičkách LNOI, aby umožnila fotonickou integraci v měřítku destičky.
Architektura čipů
| Vrstva | Materiál | Funkční role |
|---|---|---|
| Úroveň zařízení | Tenká vrstva LiNbO₃ (TFLN) | Elektrooptická modulace, nelineární optika |
| Izolační vrstva | SiO₂ (pohřbený oxid) | Optická izolace a omezení modů |
| Rukojeť | Křemík / Křemen / Safír | Mechanická podpora a kompatibilita procesů |
Klíčové vlastnosti
Extrémně nízká optická ztráta při šíření < 0,05 dB/cm na telekomunikační vlnové délce (1550 nm)
Vysoký elektrooptický koeficient (r₃₃ až 90 pm/V)
Kompatibilita s vlnovody v submikronovém měřítku pro kompaktní fotonickou integraci
Integrace kompatibilní s technologií CMOS s platformami na bázi křemíku a nitridu křemíku
Vysoká tepelná stabilita s Curieovou teplotou ~1140 °C
K dispozici jsou různé orientace krystalů: X-řez, Y-řez, Z-řez
Velikosti destiček lze volit v rozmezí od 3 do 8 palců
Technické specifikace
Parametry na úrovni čipu
| Parametr | Specifikace |
|---|---|
| Průměr destičky | 3″, 4″, 6″, 8″ |
| Tloušťka | 525 ± 25 μm |
| Luk | ±50 μm |
| Warp | <50 μm |
| Místní kolísání tloušťky (LTV) | <1,5 μm (5×5 mm², 95%) |
Tenká vrstva LiNbO₃
| Parametr | Specifikace |
|---|---|
| Materiál | Monokrystal LiNbO₃ |
| Rozsah tloušťky | 300 nm – 1000 nm |
| Přesnost orientace | ±0,5° |
| Drsnost povrchu | Ra < 1 nm |
| Kritéria vad | Žádné mezery větší než 1 mm |
Vložená oxidová vrstva
| Parametr | Specifikace |
|---|---|
| Materiál | SiO₂ |
| Tloušťka | 100 nm – 2 μm (lze přizpůsobit) |
| Jednotnost | ±5% |
Technologie výroby
Plátky LNOI se vyrábějí pomocí procesů kompatibilních s polovodičovou technologií:
- Řízená iontová implantace pro definici krystalické vrstvy
- Lepení destiček na izolační podklady
- Tepelné žíhání za účelem obnovení kvality krystalů
- Chemicko-mechanické leštění (CMP) pro vyrovnání povrchu
- Metrologická kontrola pro zajištění optické a konstrukční kvality
Oblasti použití
Integrované optické komunikační systémy včetně vysokorychlostních modulátorů pro přenos v pásmu 100G až 800G
Kvantové fotonické systémy pro generování provázaných fotonů a zpracování kvantových informací
Mikrovlnná fotonika pro zpracování vysokofrekvenčních signálů a fotonické systémy pracující v milimetrovém pásmu
Nelineární optická zařízení, včetně zařízení pro frekvenční konverzi a generování optických frekvenčních hřebenů
Integrované optické snímací systémy pro biochemické a environmentální monitorování
Srovnání výkonu
| Majetek | LiNbO₃ ve velkém množství | Platforma LNOI pro tenkovrstvé technologie |
|---|---|---|
| Optické ztráty | Vyšší | <0,05 dB/cm |
| Rozměry zařízení | Velký | V řádu submikronů |
| Možnosti integrace | Omezené | Fotónová integrace s vysokou hustotou |
| Kompatibilita s CMOS | Ne | Ano |
| Účinnost modulace | Mírná | Vysoké (lze dosáhnout Vπ ~ 1 V) |
Možnosti přizpůsobeného technického řešení
Možnost volby orientace krystalu mezi konfiguracemi X-cut, Y-cut a Z-cut
Tloušťka tenké vrstvy v rozmezí 300 nm až 1000 nm
Nastavitelná tloušťka zakryté oxidové vrstvy pro ladění optického ohraničení
Mezi možné materiály podkladu patří křemík, křemen a safír
Volitelné dopování MgO pro zvýšení prahu optického poškození
Zajištění kvality a metrologie
Každá destička prochází přísnou kontrolou v souladu s normami pro polovodiče:
Měření optických ztrát v telekomunikačních vlnových pásmech
Atomová mikroskopie pro měření drsnosti povrchu
Infračervená kontrola integrity spojovacího rozhraní
Zmapování tloušťky a rovnoměrnosti po celé ploše destičky
Analýza rovinnosti destičky a rozložení napětí
Technické a výrobní kapacity
ZMSH nabízí komplexní inženýrská řešení pro LNOI destičky, včetně návrhu materiálů, vývoje procesů lepení destiček, podpory při výrobě fotonických zařízení, procesů nanovýroby (EBL, IBE) a služeb v oblasti optické charakterizace.
Naše výrobní kapacity pokrývají jak prototypování v rámci výzkumu a vývoje, tak výrobu malých až středních sérií, a to včetně stabilní výroby na 6palcových deskách a pokračujícího vývoje 8palcových platforem LNOI.
Často kladené otázky
1. K čemu se tenkovrstvý niobát lithný používá
Používá se v integrované fotonice, optické komunikaci, kvantové fotonice a v zařízeních pro nelineární optiku.
2. Jaká je obvyklá tloušťka tenké vrstvy niobátu lithného?
Tloušťka vrstvy se obvykle pohybuje v rozmezí 300 nm až 1000 nm v závislosti na požadavcích daného zařízení.
3. Jaké jsou výhody LNOI oproti hromadně vyráběnému niobátu lithnému?
Technologie LNOI umožňuje nižší optické ztráty, vyšší integrační hustotu a kompatibilitu s platformami křemíkové fotoniky.
4. Je LNOI kompatibilní se silikonovou fotonikou?
Ano, technologii LNOI lze integrovat do fotonických platforem na bázi křemíku a nitridu křemíku.
Recenze
Zatím zde nejsou žádné recenze.