8palcová destička LNOI (LiNbO3 na izolantu) pro optické modulátory, vlnovody a integrované obvody
Podrobný diagram
Zavedení
Destičky lithium-niobátu na izolantu (LNOI) jsou špičkovým materiálem používaným v různých pokročilých optických a elektronických aplikacích. Tyto destičky se vyrábějí přenosem tenké vrstvy lithium-niobátu (LiNbO₃) na izolační substrát, obvykle křemík nebo jiný vhodný materiál, za použití sofistikovaných technik, jako je iontová implantace a lepení destiček. Technologie LNOI má mnoho společného s technologií křemíku na izolantu (SOI), ale využívá jedinečných optických vlastností lithium-niobátu, materiálu známého svými piezoelektrickými, pyroelektrickými a nelineárními optickými vlastnostmi.
LNOI destičky si získaly značnou pozornost v oblastech, jako je integrovaná optika, telekomunikace a kvantové výpočty, díky svému vynikajícímu výkonu ve vysokofrekvenčních a vysokorychlostních aplikacích. Destičky se vyrábějí technikou „Smart-cut“, která umožňuje přesnou kontrolu tloušťky tenké vrstvy niobátu lithného, což zajišťuje, že destičky splňují požadované specifikace pro různé aplikace.
Princip
Proces vytváření LNOI waferů začíná s objemovým krystalem niobátu lithného. Krystal podléhá iontové implantaci, při které jsou do povrchu krystalu niobátu lithného zavedeny vysokoenergetické ionty helia. Tyto ionty pronikají krystalem do určité hloubky a narušují krystalovou strukturu, čímž vytvářejí křehkou rovinu, kterou lze později použít k rozdělení krystalu na tenké vrstvy. Specifická energie iontů helia řídí hloubku implantace, která přímo ovlivňuje tloušťku výsledné vrstvy niobátu lithného.
Po iontové implantaci je krystal niobátu lithného spojen se substrátem pomocí techniky zvané wafer bonding. Proces spojování obvykle využívá metodu přímého spojení, kdy jsou dva povrchy (iontově implantovaný krystal niobátu lithného a substrát) stlačeny k sobě za vysoké teploty a tlaku, aby se vytvořila silná vazba. V některých případech lze pro dodatečnou podporu použít adhezivní materiál, jako je benzocyklobuten (BCB).
Po spojení prochází destička procesem žíhání, který opravuje jakékoli poškození způsobené iontovou implantací a posiluje vazbu mezi vrstvami. Proces žíhání také pomáhá tenké vrstvě niobátu lithného oddělit se od původního krystalu a zanechává po sobě tenkou, vysoce kvalitní vrstvu niobátu lithného, kterou lze použít pro výrobu součástek.
Specifikace
LNOI destičky se vyznačují několika důležitými specifikacemi, které zajišťují jejich vhodnost pro vysoce výkonné aplikace. Patří mezi ně:
Specifikace materiálu
| Materiál | Specifikace |
| Materiál | Homogenní: LiNbO3 |
| Kvalita materiálu | Bublinky nebo inkluze <100 μm |
| Orientace | Y-řez ±0,2° |
| Hustota | 4,65 g/cm³ |
| Curieova teplota | 1142 ±1 °C |
| Průhlednost | >95 % v rozsahu 450–700 nm (tloušťka 10 mm) |
Výrobní specifikace
| Parametr | Specifikace |
| Průměr | 150 mm ±0,2 mm |
| Tloušťka | 350 μm ±10 μm |
| Plochost | <1,3 μm |
| Celková variace tloušťky (TTV) | Deformace <70 μm při 150 mm destičce |
| Lokální variace tloušťky (LTV) | <70 μm při 150mm destičce |
| Drsnost | Rq ≤0,5 nm (hodnota AFM RMS) |
| Kvalita povrchu | 40-20 |
| Částice (neodstranitelné) | 100–200 μm ≤3 částice |
| Chipsy | <300 μm (plná destička, bez vyloučené zóny) |
| Trhliny | Žádné praskliny (plná destička) |
| Kontaminace | Žádné neodstranitelné skvrny (celá oplatka) |
| Rovnoběžnost | <30 úhlových sekund |
| Orientace referenční roviny (osa X) | 47 ±2 mm |
Aplikace
LNOI destičky se díky svým jedinečným vlastnostem používají v široké škále aplikací, zejména v oblasti fotoniky, telekomunikací a kvantových technologií. Mezi klíčové aplikace patří:
Integrovaná optika:LNOI destičky se široce používají v integrovaných optických obvodech, kde umožňují výrobu vysoce výkonných fotonických zařízení, jako jsou modulátory, vlnovody a rezonátory. Vysoké nelineární optické vlastnosti niobátu lithného z něj činí vynikající volbu pro aplikace vyžadující efektivní manipulaci se světlem.
Telekomunikace:LNOI destičky se používají v optických modulátorech, které jsou nezbytnými součástmi vysokorychlostních komunikačních systémů, včetně sítí s optickými vlákny. Schopnost modulovat světlo na vysokých frekvencích činí LNOI destičky ideálními pro moderní telekomunikační systémy.
Kvantové výpočty:V kvantových technologiích se destičky LNOI používají k výrobě komponent pro kvantové počítače a kvantové komunikační systémy. Nelineární optické vlastnosti LNOI se využívají k vytváření provázaných fotonových párů, které jsou klíčové pro kvantovou distribuci klíčů a kvantovou kryptografii.
Senzory:LNOI destičky se používají v různých senzorických aplikacích, včetně optických a akustických senzorů. Jejich schopnost interakce se světlem i zvukem je činí všestrannými pro různé typy senzorických technologií.
Často kladené otázky
Q:Co je technologie LNOI?
Technologie LNOI zahrnuje přenos tenké vrstvy niobátu lithného na izolační substrát, obvykle křemík. Tato technologie využívá jedinečné vlastnosti niobátu lithného, jako jsou jeho vysoké nelineární optické vlastnosti, piezoelektrika a pyroelektrika, což z něj činí ideální součást integrované optiky a telekomunikací.
Q:Jaký je rozdíl mezi LNOI a SOI destičkami?
A: Destičky LNOI i SOI jsou si podobné v tom, že se skládají z tenké vrstvy materiálu spojeného se substrátem. Destičky LNOI však používají jako tenkovrstvý materiál niobičnan lithný, zatímco destičky SOI používají křemík. Klíčový rozdíl spočívá ve vlastnostech tenkovrstvého materiálu, přičemž LNOI nabízí vynikající optické a piezoelektrické vlastnosti.
Q:Jaké jsou výhody použití LNOI waferů?
A: Mezi hlavní výhody LNOI destiček patří jejich vynikající optické vlastnosti, jako jsou vysoké nelineární optické koeficienty, a jejich mechanická pevnost. Díky těmto vlastnostem jsou LNOI destičky ideální pro použití ve vysokorychlostních, vysokofrekvenčních a kvantových aplikacích.
Q:Mohou být LNOI destičky použity pro kvantové aplikace?
A: Ano, LNOI destičky jsou široce používány v kvantových technologiích díky své schopnosti generovat provázané fotonové páry a své kompatibilitě s integrovanou fotonikou. Tyto vlastnosti jsou klíčové pro aplikace v kvantových počítačích, komunikaci a kryptografii.
Q:Jaká je typická tloušťka LNOI fólií?
Tloušťka filmů A:LNOI se obvykle pohybuje od několika set nanometrů do několika mikrometrů, v závislosti na konkrétní aplikaci. Tloušťka je řízena během procesu iontové implantace.
