A szigetelőn elhelyezett vékonyrétegű lítium-niobát (LNOI) szeletek speciálisan kialakított hordozók integrált fotonikus és elektro-optikai eszközökhöz.
A platform egy eltemetett oxid (SiO₂) rétegre rögzített, egykristályos lítium-niobát vékonyrétegből áll, amelyet egy szilícium- vagy szigetelő hordozólemezt használnak alátámasztásként.
Ez a szerkezet erős optikai bezárást, alacsony terjedési veszteséget és magas elektro-optikai hatékonyságot tesz lehetővé, így a modern integrált fotonika egyik legfontosabb anyagplatformjává teszi.
A vékonyrétegű lítium-niobát (TFLN) koncepciója
A vékonyrétegű lítium-niobát (TFLN) egy mikronnál kisebb vastagságú LiNbO₃ kristályréteget jelöl, amelyet nagy szűkítésű optikai hullámvezetőkhöz és elektro-optikai modulációhoz terveztek.
A hagyományos lítium-niobáttal összehasonlítva a TFLN a következő előnyökkel rendelkezik:
- Erősebb optikai térhatárolás
- Magasabb modulációs hatékonyság
- Kisebb helyigény
- Kompatibilitás a szilícium-fotonikai integrációval
A TFLN-t LNOI-szilíciumlapkákra építik be, hogy lehetővé tegyék a szilíciumlapka-szintű fotonikus integrációt.
Oszlopos architektúra
| Réteg | Anyag | Funkcionális szerep |
|---|---|---|
| Eszközréteg | LiNbO₃ vékonyréteg (TFLN) | Elektro-optikai moduláció, nemlineáris optika |
| Szigetelőréteg | SiO₂ (beágyazott oxid) | Optikai szigetelés és módkorlátozás |
| Fogantyúlemez | Cínium / Kvarc / Zafír | Mechanikai támogatás és folyamatkompatibilitás |
Fő jellemzők
Rendkívül alacsony optikai terjedési veszteség < 0,05 dB/cm távközlési hullámhosszon (1550 nm)
Magas elektro-optikai együttható (r₃₃ akár 90 pm/V)
Mikron alatti hullámvezető-kompatibilitás a kompakt fotonikus integrációhoz
CMOS-kompatibilis integráció szilícium- és szilícium-nitrid-alapú platformokkal
Kiváló hőstabilitás, Curie-hőmérséklet ~1140 °C
Többféle kristályirány áll rendelkezésre: X-vágás, Y-vágás, Z-vágás
A szilíciumlapok mérete 3 hüvelyktől 8 hüvelykig skálázható
Műszaki specifikációk
Oszlop szintű paraméterek
| Paraméter | Specifikáció |
|---|---|
| A szelet átmérője | 3″, 4″, 6″, 8″ |
| Vastagság | 525 ± 25 μm |
| Íj | ±50 μm |
| Warp | <50 μm |
| Helyi vastagságváltozás (LTV) | <1,5 μm (5×5 mm², 95%) |
Vékonyrétegű LiNbO₃ réteg
| Paraméter | Specifikáció |
|---|---|
| Anyag | Egykristályos LiNbO₃ |
| Vastagságtartomány | 300 nm – 1000 nm |
| Iránymeghatározás pontossága | ±0,5° |
| Felületi érdesség | Ra < 1 nm |
| Hibakritériumok | Nincs >1 mm-es üreg |
Beágyazott oxidréteg
| Paraméter | Specifikáció |
|---|---|
| Anyag | SiO₂ |
| Vastagság | 100 nm – 2 μm (testreszabható) |
| Egységesség | ±5% |
Gyártási technológia
Az LNOI-lemezeket félvezető-kompatibilis eljárásokkal állítják elő:
- Ionbeültetés kristályrétegek kialakításához
- Oszlopok rögzítése szigetelő hordozókra
- Hőkezelés a kristályminőség helyreállítása érdekében
- Kémiai-mechanikus polírozás (CMP) a felület kiegyenlítéséhez
- Mérési módszereken alapuló ellenőrzés az optikai és szerkezeti minőségbiztosítás érdekében
Alkalmazási területek
Integrált optikai kommunikációs rendszerek, beleértve a 100G–800G-s adatátvitelhez szükséges nagy sebességű modulátorokat
Kvantumfotonikai rendszerek összefonódott fotonok előállításához és a kvantuminformáció-feldolgozáshoz
Mikrohullámú fotonika rádiófrekvenciás jelfeldolgozáshoz és milliméteres hullámhosszú fotonikus rendszerekhez
Nemlineáris optikai eszközök, beleértve a frekvenciakonverziót és az optikai frekvenciakomb generálását
Integrált optikai érzékelőrendszerek biokémiai és környezeti megfigyeléshez
Teljesítmény-összehasonlítás
| Ingatlan | LiNbO₃ ömlesztett formában | LNOI vékonyréteg-platform |
|---|---|---|
| Optikai veszteség | Magasabb | <0,05 dB/cm |
| Az eszköz helyigénye | Nagy | mikron alatti méret |
| Integrációs képesség | Korlátozott | Nagy sűrűségű fotonikus integráció |
| CMOS-kompatibilitás | Nem | Igen |
| Modulációs hatékonyság | Mérsékelt | Magas (Vπ ~ 1 V elérhető) |
Egyedi tervezési lehetőségek
A kristály orientációja X-, Y- és Z-vágású konfigurációk közül választható
A vékonyréteg vastagsága 300 nm és 1000 nm között van
Az optikai korlátozás hangolásához állítható az eltemetett oxidréteg vastagsága
Az alapanyagok között szerepel a szilícium, a kvarc és a zafír
Opcionális MgO-dopping az optikai károsodási küszöb javítása érdekében
Minőségbiztosítás és metrológia
Minden egyes szilíciumlapka szigorú, félvezetőipari szintű ellenőrzésen esik át:
Optikai veszteségmérés távközlési hullámhossz-sávokban
Atomikus erő mikroszkópia a felületi érdesség méréséhez
Infravörös vizsgálat a kötési felület épségének ellenőrzésére
A vastagság és az egyenletesség térképezése a teljes szilíciumlapon
A szilíciumlapka síkfelületének és feszültségeloszlásának elemzése
Mérnöki és gyártási kapacitás
ZMSH teljes körű LNOI-szilíciumlapka-tervezési megoldásokat kínál, beleértve az anyagtervezést, a szilíciumlapka-összekapcsolási eljárások fejlesztését, a fotonikus eszközök gyártásának támogatását, a nanogyártási eljárásokat (EBL, IBE) és az optikai jellemzési szolgáltatásokat.
A gyártási kapacitás mind a kutatási és fejlesztési célú prototípusgyártást, mind a kis- és közepes méretű sorozatgyártást támogatja, stabil 6 hüvelykes gyártási kapacitással és a 8 hüvelykes LNOI-platformok folyamatos fejlesztésével.
Gyakran ismételt kérdések
1. Mire használják a vékonyrétegű lítium-niobátot?
Alkalmazzák az integrált fotonikában, az optikai kommunikációban, a kvantumfotonikában és a nemlineáris optikai eszközökben.
2. Milyen vastagságúak általában a lítium-niobát vékonyrétegek?
A rétegvastagság az eszköz követelményeitől függően általában 300 nm és 1000 nm között mozog.
3. Milyen előnyei vannak az LNOI-nak a tömeges lítium-niobáttal szemben?
Az LNOI kisebb optikai veszteséget, nagyobb integrációs sűrűséget és a szilícium-fotonikai platformokkal való kompatibilitást tesz lehetővé.
4. Kompatibilis-e az LNOI a szilícium-fotonikával?
Igen, az LNOI integrálható szilícium- és szilícium-nitrid fotonikus platformokba.
Értékelések
Még nincsenek értékelések.