Πλακέτα LNOI 8 ιντσών (LiNbO3 σε μονωτή) για οπτικούς διαμορφωτές, κυματοδηγούς και ολοκληρωμένα κυκλώματα
Λεπτομερές Διάγραμμα
Εισαγωγή
Οι πλακέτες νιοβικού λιθίου σε μονωτή (LNOI) είναι ένα υλικό αιχμής που χρησιμοποιείται σε διάφορες προηγμένες οπτικές και ηλεκτρονικές εφαρμογές. Αυτές οι πλακέτες παράγονται με τη μεταφορά ενός λεπτού στρώματος νιοβικού λιθίου (LiNbO₃) σε ένα μονωτικό υπόστρωμα, συνήθως πυρίτιο ή άλλο κατάλληλο υλικό, χρησιμοποιώντας εξελιγμένες τεχνικές όπως η εμφύτευση ιόντων και η συγκόλληση πλακιδίων. Η τεχνολογία LNOI έχει πολλές ομοιότητες με την τεχνολογία πλακιδίων πυριτίου σε μονωτή (SOI), αλλά εκμεταλλεύεται τις μοναδικές οπτικές ιδιότητες του νιοβικού λιθίου, ενός υλικού γνωστού για τα πιεζοηλεκτρικά, πυροηλεκτρικά και μη γραμμικά οπτικά χαρακτηριστικά του.
Οι πλακέτες LNOI έχουν τραβήξει την προσοχή σε τομείς όπως η ολοκληρωμένη οπτική, οι τηλεπικοινωνίες και η κβαντική υπολογιστική λόγω της ανώτερης απόδοσής τους σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας και υψηλής ταχύτητας. Οι πλακέτες παράγονται χρησιμοποιώντας την τεχνική "Smart-cut", η οποία επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο του πάχους της λεπτής μεμβράνης νιοβικού λιθίου, διασφαλίζοντας ότι οι πλακέτες πληρούν τις απαιτούμενες προδιαγραφές για διάφορες εφαρμογές.
Αρχή
Η διαδικασία δημιουργίας πλακιδίων LNOI ξεκινά με έναν κρύσταλλο νιοβικού λιθίου σε όγκο. Ο κρύσταλλος υφίσταται εμφύτευση ιόντων, όπου ιόντα ηλίου υψηλής ενέργειας εισάγονται στην επιφάνεια του κρυστάλλου νιοβικού λιθίου. Αυτά τα ιόντα διεισδύουν στον κρύσταλλο σε ένα συγκεκριμένο βάθος και διαταράσσουν την κρυσταλλική δομή, δημιουργώντας ένα εύθραυστο επίπεδο που μπορεί αργότερα να χρησιμοποιηθεί για τον διαχωρισμό του κρυστάλλου σε λεπτά στρώματα. Η ειδική ενέργεια των ιόντων ηλίου ελέγχει το βάθος εμφύτευσης, το οποίο επηρεάζει άμεσα το πάχος του τελικού στρώματος νιοβικού λιθίου.
Μετά την εμφύτευση ιόντων, ο κρύσταλλος νιοβικού λιθίου συνδέεται με ένα υπόστρωμα χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται συγκόλληση πλακιδίων. Η διαδικασία συγκόλλησης συνήθως χρησιμοποιεί μια μέθοδο άμεσης συγκόλλησης, όπου οι δύο επιφάνειες (ο κρύσταλλος νιοβικού λιθίου που έχει εμφυτευτεί με ιόντα και το υπόστρωμα) πιέζονται μεταξύ τους υπό υψηλή θερμοκρασία και πίεση για να δημιουργήσουν έναν ισχυρό δεσμό. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα συγκολλητικό υλικό όπως το βενζοκυκλοβουτένιο (BCB) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πρόσθετη υποστήριξη.
Μετά τη συγκόλληση, το πλακίδιο υποβάλλεται σε μια διαδικασία ανόπτησης για την αποκατάσταση τυχόν ζημιών που προκαλούνται από την εμφύτευση ιόντων και για την ενίσχυση του δεσμού μεταξύ των στρωμάτων. Η διαδικασία ανόπτησης βοηθά επίσης το λεπτό στρώμα νιοβικού λιθίου να αποκολληθεί από τον αρχικό κρύσταλλο, αφήνοντας πίσω του ένα λεπτό, υψηλής ποιότητας στρώμα νιοβικού λιθίου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή συσκευών.
Προδιαγραφές
Τα πλακίδια LNOI χαρακτηρίζονται από αρκετές σημαντικές προδιαγραφές που διασφαλίζουν την καταλληλότητά τους για εφαρμογές υψηλής απόδοσης. Αυτές περιλαμβάνουν:
Προδιαγραφές Υλικών
| Υλικό | Προδιαγραφές |
| Υλικό | Ομογενές: LiNbO3 |
| Ποιότητα Υλικού | Φυσαλίδες ή εγκλείσματα <100μm |
| Προσανατολισμός | Κοπή σε σχήμα Υ ±0,2° |
| Πυκνότητα | 4,65 g/cm³ |
| Θερμοκρασία Κιουρί | 1142 ±1°C |
| Διαφάνεια | >95% σε εύρος 450-700 nm (πάχος 10 mm) |
Προδιαγραφές κατασκευής
| Παράμετρος | Προδιαγραφές |
| Διάμετρος | 150 χιλ. ±0,2 χιλ. |
| Πάχος | 350 μm ±10 μm |
| Ομαλότητα | <1,3 μm |
| Συνολική Μεταβολή Πάχους (TTV) | Στημόνι <70 μm @ γκοφρέτα 150 mm |
| Τοπική Μεταβολή Πάχους (LTV) | <70 μm @ πλακίδιο 150 mm |
| Τραχύτητα | Rq ≤0,5 nm (τιμή AFM RMS) |
| Ποιότητα επιφάνειας | 40-20 |
| Σωματίδια (μη αφαιρούμενα) | 100-200 μm ≤3 σωματίδια |
| Τσιπς | <300 μm (πλήρες πλακίδιο, χωρίς ζώνη αποκλεισμού) |
| Ρωγμές | Χωρίς ρωγμές (πλήρης πλακέτα) |
| Μόλυνση | Χωρίς μη αφαιρούμενους λεκέδες (πλήρης γκοφρέτα) |
| Παραλληλισμός | <30 δευτερόλεπτα τόξου |
| Επίπεδο αναφοράς προσανατολισμού (άξονας Χ) | 47 ±2 χιλ. |
Εφαρμογές
Τα πλακίδια LNOI χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους, ιδιαίτερα στους τομείς της φωτονικής, των τηλεπικοινωνιών και των κβαντικών τεχνολογιών. Μερικές από τις βασικές εφαρμογές περιλαμβάνουν:
Ενσωματωμένα Οπτικά:Τα πλακίδια LNOI χρησιμοποιούνται ευρέως σε ολοκληρωμένα οπτικά κυκλώματα, όπου επιτρέπουν τη δημιουργία φωτονικών συσκευών υψηλής απόδοσης, όπως διαμορφωτές, κυματοδηγούς και συντονιστές. Οι υψηλές μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες του νιοβικού λιθίου το καθιστούν εξαιρετική επιλογή για εφαρμογές που απαιτούν αποτελεσματικό χειρισμό του φωτός.
Τηλεπικοινωνίες:Οι πλακέτες LNOI χρησιμοποιούνται σε οπτικούς διαμορφωτές, οι οποίοι αποτελούν απαραίτητα εξαρτήματα σε συστήματα επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας, συμπεριλαμβανομένων των δικτύων οπτικών ινών. Η ικανότητα διαμόρφωσης φωτός σε υψηλές συχνότητες καθιστά τις πλακέτες LNOI ιδανικές για σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά συστήματα.
Κβαντική Υπολογιστική:Στις κβαντικές τεχνολογίες, οι πλακέτες LNOI χρησιμοποιούνται για την κατασκευή εξαρτημάτων για κβαντικούς υπολογιστές και κβαντικά συστήματα επικοινωνίας. Οι μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες του LNOI αξιοποιούνται για τη δημιουργία πεπλεγμένων ζευγών φωτονίων, τα οποία είναι κρίσιμα για την κβαντική κατανομή κλειδιών και την κβαντική κρυπτογραφία.
Αισθητήρες:Τα πλακίδια LNOI χρησιμοποιούνται σε διάφορες εφαρμογές ανίχνευσης, συμπεριλαμβανομένων οπτικών και ακουστικών αισθητήρων. Η ικανότητά τους να αλληλεπιδρούν τόσο με το φως όσο και με τον ήχο τα καθιστά ευέλικτα για διαφορετικούς τύπους τεχνολογιών ανίχνευσης.
Συχνές ερωτήσεις
Q:Τι είναι η τεχνολογία LNOI;
Η τεχνολογία A:LNOI περιλαμβάνει τη μεταφορά μιας λεπτής μεμβράνης νιοβικού λιθίου σε ένα μονωτικό υπόστρωμα, συνήθως πυρίτιο. Αυτή η τεχνολογία αξιοποιεί τις μοναδικές ιδιότητες του νιοβικού λιθίου, όπως τα υψηλά μη γραμμικά οπτικά χαρακτηριστικά του, την πιεζοηλεκτρική και την πυροηλεκτρική του δράση, καθιστώντας την ιδανική για ολοκληρωμένα οπτικά και τηλεπικοινωνίες.
Q:Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των πλακιδίων LNOI και SOI;
Α: Τόσο οι πλακέτες LNOI όσο και οι πλακέτες SOI είναι παρόμοιες, καθώς αποτελούνται από ένα λεπτό στρώμα υλικού συνδεδεμένο με ένα υπόστρωμα. Ωστόσο, οι πλακέτες LNOI χρησιμοποιούν νιοβικό λίθιο ως υλικό λεπτής μεμβράνης, ενώ οι πλακέτες SOI χρησιμοποιούν πυρίτιο. Η βασική διαφορά έγκειται στις ιδιότητες του υλικού λεπτής μεμβράνης, με το LNOI να προσφέρει ανώτερες οπτικές και πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες.
Q:Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της χρήσης πλακιδίων LNOI;
Α: Τα κύρια πλεονεκτήματα των πλακιδίων LNOI περιλαμβάνουν τις εξαιρετικές οπτικές τους ιδιότητες, όπως οι υψηλοί μη γραμμικοί οπτικοί συντελεστές, και η μηχανική τους αντοχή. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν τα πλακίδια LNOI ιδανικά για χρήση σε εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, υψηλής συχνότητας και κβαντικής.
Q:Μπορούν οι πλακέτες LNOI να χρησιμοποιηθούν για κβαντικές εφαρμογές;
Α: Ναι, τα πλακίδια LNOI χρησιμοποιούνται ευρέως στις κβαντικές τεχνολογίες λόγω της ικανότητάς τους να δημιουργούν πεπλεγμένα ζεύγη φωτονίων και της συμβατότητάς τους με την ενσωματωμένη φωτονική. Αυτές οι ιδιότητες είναι κρίσιμες για εφαρμογές στην κβαντική υπολογιστική, την επικοινωνία και την κρυπτογραφία.
Q:Ποιο είναι το τυπικό πάχος των μεμβρανών LNOI;
A: Οι μεμβράνες LNOI συνήθως έχουν πάχος από μερικές εκατοντάδες νανόμετρα έως αρκετά μικρόμετρα, ανάλογα με την συγκεκριμένη εφαρμογή. Το πάχος ελέγχεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εμφύτευσης ιόντων.
