Optik Modülatörler, Dalga Kılavuzları ve Entegre Devreler için 8 inç LNOI (Yalıtkan Üzerinde LiNbO3) Plaka
Ayrıntılı Diyagram
giriiş
Yalıtkan Üzerinde Lityum Niobat (LNOI) yongaları, çeşitli gelişmiş optik ve elektronik uygulamalarda kullanılan son teknoloji bir malzemedir. Bu yongalar, iyon implantasyonu ve yonga bağlama gibi karmaşık teknikler kullanılarak ince bir lityum niyobat (LiNbO₃) tabakasının, tipik olarak silikon veya başka bir uygun malzeme olan bir yalıtım alt tabakasına aktarılmasıyla üretilir. LNOI teknolojisi, Yalıtkan Üzerinde Silikon (SOI) yonga teknolojisiyle birçok benzerliğe sahiptir ancak piezoelektrik, piroelektrik ve doğrusal olmayan optik özellikleriyle bilinen bir malzeme olan lityum niyobatın benzersiz optik özelliklerinden yararlanır.
LNOI wafer'ları, yüksek frekanslı ve yüksek hızlı uygulamalardaki üstün performansları nedeniyle entegre optik, telekomünikasyon ve kuantum hesaplama gibi alanlarda önemli ilgi görmüştür. Wafer'lar, lityum niyobat ince filminin kalınlığı üzerinde hassas kontrol sağlayan ve wafer'ların çeşitli uygulamalar için gerekli özellikleri karşılamasını sağlayan "Akıllı kesim" tekniği kullanılarak üretilir.
İlke
LNOI yongaları oluşturma süreci, toplu lityum niyobat kristaliyle başlar. Kristal, yüksek enerjili helyum iyonlarının lityum niyobat kristalinin yüzeyine sokulduğu iyon implantasyonuna tabi tutulur. Bu iyonlar kristale belirli bir derinliğe kadar nüfuz eder ve kristal yapısını bozarak daha sonra kristali ince katmanlara ayırmak için kullanılabilecek kırılgan bir düzlem oluşturur. Helyum iyonlarının özgül enerjisi, implantasyonun derinliğini kontrol eder ve bu da nihai lityum niyobat tabakasının kalınlığını doğrudan etkiler.
İyon implantasyonundan sonra, lityum niyobat kristali, wafer bonding adı verilen bir teknik kullanılarak bir substrata bağlanır. Bağlama işlemi tipik olarak, iki yüzeyin (iyon implante edilmiş lityum niyobat kristali ve substrat) güçlü bir bağ oluşturmak için yüksek sıcaklık ve basınç altında birbirine bastırıldığı doğrudan bir bağlama yöntemi kullanır. Bazı durumlarda, ek destek için benzosiklobuten (BCB) gibi bir yapıştırıcı malzeme kullanılabilir.
Bağlanmanın ardından, yonga, iyon implantasyonundan kaynaklanan herhangi bir hasarı onarmak ve katmanlar arasındaki bağı güçlendirmek için bir tavlama işlemine tabi tutulur. Tavlama işlemi ayrıca ince lityum niyobat katmanının orijinal kristalden ayrılmasına yardımcı olur ve geride cihaz imalatında kullanılabilecek ince, yüksek kaliteli bir lityum niyobat katmanı bırakır.
Özellikler
LNOI wafer'ları, yüksek performanslı uygulamalar için uygunluklarını garanti eden birkaç önemli spesifikasyonla karakterize edilir. Bunlar şunları içerir:
Malzeme Özellikleri
| Malzeme | Özellikler |
| Malzeme | Homojen: LiNbO3 |
| Malzeme Kalitesi | Kabarcıklar veya kapanımlar <100μm |
| Oryantasyon | Y-kesimi ±0,2° |
| Yoğunluk | 4,65 gr/cm³ |
| Curie Sıcaklığı | 1142 ±1°C |
| Şeffaflık | >%95 450-700 nm aralığında (10 mm kalınlık) |
Üretim Spesifikasyonları
| Parametre | Şartname |
| Çap | 150 mm ±0,2 mm |
| Kalınlık | 350 μm ±10 μm |
| Düzlük | <1,3 μm |
| Toplam Kalınlık Değişimi (TTV) | Çözgü <70 μm @ 150 mm gofret |
| Yerel Kalınlık Değişimi (LTV) | <70 μm @ 150 mm gofret |
| Pürüzlülük | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS değeri) |
| Yüzey Kalitesi | 40-20 |
| Parçacıklar (Çıkarılamaz) | 100-200 μm ≤3 parçacık |
| Cipsler | <300 μm (tam gofret, dışlama bölgesi yok) |
| Çatlaklar | Çatlak yok (tam gofret) |
| Kirlenme | Çıkarılamayan leke yok (tam gofret) |
| Paralellik | <30 ark saniyesi |
| Yönlendirme Referans Düzlemi (X ekseni) | 47 ±2 mm |
Uygulamalar
LNOI gofretleri, benzersiz özellikleri nedeniyle özellikle fotonik, telekomünikasyon ve kuantum teknolojileri alanlarında çok çeşitli uygulamalarda kullanılır. Bazı temel uygulamalar şunlardır:
Entegre Optik:LNOI gofretleri, modülatörler, dalga kılavuzları ve rezonatörler gibi yüksek performanslı fotonik aygıtları etkinleştirdikleri entegre optik devrelerde yaygın olarak kullanılır. Lityum niyobatın yüksek doğrusal olmayan optik özellikleri, onu verimli ışık manipülasyonu gerektiren uygulamalar için mükemmel bir seçim haline getirir.
Telekomünikasyon:LNOI wafer'lar, fiber optik ağlar da dahil olmak üzere yüksek hızlı iletişim sistemlerinde temel bileşenler olan optik modülatörlerde kullanılır. Işığı yüksek frekanslarda modüle etme yeteneği, LNOI wafer'ları modern telekomünikasyon sistemleri için ideal hale getirir.
Kuantum Bilgisayarı:Kuantum teknolojilerinde, LNOI yongaları kuantum bilgisayarlar ve kuantum iletişim sistemleri için bileşenler üretmek için kullanılır. LNOI'nin doğrusal olmayan optik özellikleri, kuantum anahtar dağıtımı ve kuantum kriptografisi için kritik olan dolanık foton çiftleri oluşturmak için kullanılır.
Sensörler:LNOI wafer'lar optik ve akustik sensörler dahil olmak üzere çeşitli algılama uygulamalarında kullanılır. Hem ışık hem de sesle etkileşime girebilme yetenekleri onları farklı algılama teknolojileri için çok yönlü hale getirir.
SSS
Q:LNOI teknolojisi nedir?
A:LNOI teknolojisi, ince bir lityum niyobat filminin tipik olarak silikon olan bir yalıtım alt tabakasına aktarılmasını içerir. Bu teknoloji, lityum niyobatın yüksek doğrusal olmayan optik özellikleri, piezoelektriklik ve piroelektriklik gibi benzersiz özelliklerinden yararlanır ve onu entegre optikler ve telekomünikasyonlar için ideal hale getirir.
Q:LNOI ve SOI wafer’lar arasındaki fark nedir?
A: Hem LNOI hem de SOI wafer'lar, bir alt tabakaya bağlanmış ince bir malzeme tabakasından oluşmaları bakımından benzerdir. Ancak, LNOI wafer'lar ince film malzemesi olarak lityum niyobat kullanırken, SOI wafer'lar silikon kullanır. Temel fark, ince film malzemesinin özelliklerinde yatmaktadır; LNOI üstün optik ve piezoelektrik özellikler sunar.
Q:LNOI wafer kullanmanın avantajları nelerdir?
A:LNOI gofretlerinin başlıca avantajları arasında yüksek doğrusal olmayan optik katsayılar gibi mükemmel optik özellikleri ve mekanik mukavemetleri yer alır. Bu özellikler LNOI gofretlerini yüksek hızlı, yüksek frekanslı ve kuantum uygulamalarında kullanım için ideal hale getirir.
Q:LNOI wafer'lar kuantum uygulamalarında kullanılabilir mi?
C: Evet, LNOI gofretleri, dolanık foton çiftleri üretme yetenekleri ve entegre fotonikle uyumlulukları nedeniyle kuantum teknolojilerinde yaygın olarak kullanılır. Bu özellikler, kuantum hesaplama, iletişim ve kriptografideki uygulamalar için çok önemlidir.
Q:LNOI filmlerin tipik kalınlığı nedir?
A:LNOI filmleri genellikle belirli uygulamaya bağlı olarak birkaç yüz nanometreden birkaç mikrometreye kadar kalınlıktadır. Kalınlık, iyon implantasyon süreci sırasında kontrol edilir.
