İnce film lityum tantalat (LTOI) malzemesi, entegre optik alanında önemli bir yeni güç olarak ortaya çıkıyor. Bu yıl, Şanghay Mikrosistem ve Bilgi Teknolojileri Enstitüsü'nden Profesör Xin Ou tarafından sağlanan yüksek kaliteli LTOI gofretleri ve İsviçre EPFL'deki Profesör Kippenberg'in grubu tarafından geliştirilen yüksek kaliteli dalga kılavuzu aşındırma işlemleriyle LTOI modülatörleri üzerine birkaç üst düzey çalışma yayınlandı. İşbirlikçi çabaları etkileyici sonuçlar ortaya koydu. Ayrıca, Profesör Liu Liu liderliğindeki Zhejiang Üniversitesi ve Profesör Loncar liderliğindeki Harvard Üniversitesi'nden araştırma ekipleri de yüksek hızlı, yüksek kararlılığa sahip LTOI modülatörleri hakkında rapor verdi.
İnce film lityum niyobatın (LNOI) yakın bir akrabası olan LTOI, lityum niyobatın yüksek hızlı modülasyonunu ve düşük kayıp özelliklerini korurken aynı zamanda düşük maliyet, düşük çift kırılma ve azaltılmış fotorefraktif etkiler gibi avantajlar da sunar. İki malzemenin temel özelliklerinin karşılaştırması aşağıda sunulmuştur.
◆ Lityum Tantalat (LTOI) ve Lityum Niobat (LNOI) arasındaki benzerlikler
①Kırılma İndeksi:2.12 ve 2.21
Bu, her iki malzemeye dayalı tek modlu dalga kılavuzu boyutlarının, bükülme yarıçapının ve yaygın pasif cihaz boyutlarının çok benzer olduğu ve fiber kuplaj performanslarının da karşılaştırılabilir olduğu anlamına gelir. İyi dalga kılavuzu aşındırmasıyla, her iki malzeme de bir ekleme kaybı elde edebilir<0,1 dB/cm. EPFL, 5,6 dB/m'lik bir dalga kılavuzu kaybı bildiriyor.
②Elektro-optik Katsayı:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
Modülasyon verimliliği her iki malzeme için de karşılaştırılabilirdir, modülasyon Pockels etkisine dayanır ve yüksek bant genişliğine izin verir. Şu anda LTOI modülatörleri, 110 GHz'i aşan bir bant genişliğiyle şerit başına 400G performans elde edebilmektedir.
③Bant aralığı:3.93 eV ile 3.78 eV karşılaştırması
Her iki malzeme de geniş şeffaf pencereye sahip olup, iletişim bantlarında emilim olmadan görünür dalga boyundan kızılötesi dalga boyuna kadar uygulamaları desteklemektedir.
④İkinci Dereceden Doğrusal Olmayan Katsayı (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
İkinci harmonik üretimi (SHG), fark frekans üretimi (DFG) veya toplam frekans üretimi (SFG) gibi doğrusal olmayan uygulamalar için kullanıldığında, iki malzemenin dönüşüm verimlilikleri oldukça benzer olmalıdır.
◆ LTOI ile LNOI'nin Maliyet Avantajı
①Daha Düşük Wafer Hazırlama Maliyeti
LNOI, düşük iyonizasyon verimliliğine sahip katman ayrımı için He iyon implantasyonu gerektirir. Buna karşılık, LTOI, SOI'ye benzer şekilde, LNOI'den 10 kat daha yüksek bir delaminasyon verimliliğine sahip H iyon implantasyonunu ayırma için kullanır. Bu, 6 inçlik gofretler için önemli bir fiyat farkına neden olur: 300 dolara karşı 2000 dolar, %85 maliyet düşüşü.
②Tüketici elektroniği pazarında akustik filtreler için halihazırda yaygın olarak kullanılmaktadır(Yılda 750.000 adet, Samsung, Apple, Sony vb. tarafından kullanılıyor.)
◆ LTOI ve LNOI'nin Performans Avantajları
①Daha Az Malzeme Kusuru, Daha Zayıf Fotorefraktif Etki, Daha Fazla Kararlılık
Başlangıçta, LNOI modülatörleri çoğunlukla dalga kılavuzu arayüzündeki kusurlardan kaynaklanan yük birikimi nedeniyle önyargı noktası kayması sergiliyordu. Tedavi edilmezse, bu cihazların kararlı hale gelmesi bir güne kadar sürebilirdi. Ancak, metal oksit kaplama, alt tabaka polarizasyonu ve tavlama gibi bu sorunu ele almak için çeşitli yöntemler geliştirildi ve bu sorun artık büyük ölçüde yönetilebilir hale geldi.
Buna karşılık, LTOI'nin daha az malzeme kusuru vardır ve bu da önemli ölçüde azaltılmış sürüklenme fenomenine yol açar. Ek işleme olmadan bile, çalışma noktası nispeten sabit kalır. EPFL, Harvard ve Zhejiang Üniversitesi tarafından benzer sonuçlar bildirilmiştir. Ancak, karşılaştırma genellikle tamamen adil olmayabilecek işlenmemiş LNOI modülatörleri kullanır; işlemeyle, her iki malzemenin performansı muhtemelen benzerdir. Ana fark, LTOI'nin daha az ek işleme adımı gerektirmesidir.
②Düşük Çift Kırılma: 0,004 - 0,07
Lityum niyobatın (LNOI) yüksek çift kırılması, özellikle dalga kılavuzu kıvrımları mod kuplajı ve mod hibridizasyonuna neden olabileceğinden, zaman zaman zorlayıcı olabilir. İnce LNOI'de, dalga kılavuzundaki bir kıvrım, TE ışığını kısmen TM ışığına dönüştürebilir ve filtreler gibi belirli pasif cihazların üretimini zorlaştırabilir.
LTOI ile, daha düşük çift kırılma bu sorunu ortadan kaldırır ve potansiyel olarak yüksek performanslı pasif cihazlar geliştirmeyi kolaylaştırır. EPFL ayrıca, LTOI'nin düşük çift kırılmasını ve mod geçişinin olmamasını kullanarak geniş bir spektral aralıkta düz dağılım kontrolü ile ultra geniş spektrumlu elektro-optik frekans tarak üretimi elde ederek dikkate değer sonuçlar bildirdi. Bu, lityum niyobat ile elde edilebilecek olandan birkaç kat daha büyük olan 2000'den fazla tarak hattına sahip etkileyici bir 450 nm tarak bant genişliği ile sonuçlandı. Kerr optik frekans taraklarıyla karşılaştırıldığında, elektro-optik taraklar eşiksiz ve daha kararlı olma avantajı sunar, ancak yüksek güçlü bir mikrodalga girişi gerektirirler.
③Daha Yüksek Optik Hasar Eşiği
LTOI'nin optik hasar eşiği LNOI'nin iki katıdır ve doğrusal olmayan uygulamalarda (ve potansiyel olarak gelecekteki Tutarlı Mükemmel Soğurma (CPO) uygulamalarında) bir avantaj sunar. Mevcut optik modül güç seviyelerinin lityum niyobat'a zarar vermesi olası değildir.
④Düşük Raman Etkisi
Bu, doğrusal olmayan uygulamalar için de geçerlidir. Lityum niyobat, Kerr optik frekans tarak uygulamalarında istenmeyen Raman ışık oluşumuna ve rekabete yol açabilen güçlü bir Raman etkisine sahiptir ve x-kesimli lityum niyobat optik frekans taraklarının soliton durumuna ulaşmasını önler. LTOI ile Raman etkisi, kristal yönelim tasarımıyla bastırılabilir ve x-kesimli LTOI'nin soliton optik frekans tarak oluşumunu elde etmesine olanak tanır. Bu, soliton optik frekans taraklarının yüksek hızlı modülatörlerle monolitik entegrasyonunu sağlar ve bu LNOI ile elde edilemeyen bir başarıdır.
◆ İnce Film Lityum Tantalat (LTOI) Neden Daha Önce Bahsedilmedi?
Lityum tantalatın Curie sıcaklığı lityum niyobattan daha düşüktür (610°C'ye karşı 1157°C). Heterointegrasyon teknolojisinin (XOI) geliştirilmesinden önce, lityum niyobat modülatörleri 1000°C'nin üzerinde tavlama gerektiren titanyum difüzyonu kullanılarak üretiliyordu ve bu da LTOI'yi uygunsuz hale getiriyordu. Ancak, günümüzde modülatör oluşumu için yalıtkan alt tabakalar ve dalga kılavuzu aşındırma kullanmaya doğru bir kayma olmasıyla, 610°C'lik bir Curie sıcaklığı fazlasıyla yeterlidir.
◆ İnce Film Lityum Tantalat (LTOI), İnce Film Lityum Niobatın (TFLN) Yerini Alacak mı?
Güncel araştırmalara göre LTOI, pasif performans, kararlılık ve büyük ölçekli üretim maliyetinde avantajlar sunarken, görünürde hiçbir dezavantajı yoktur. Ancak LTOI, modülasyon performansında lityum niyobatı geçmez ve LNOI ile ilgili kararlılık sorunlarının bilinen çözümleri vardır. İletişim DR modülleri için pasif bileşenlere yönelik talep çok azdır (ve gerekirse silikon nitrür kullanılabilir). Ek olarak, yonga düzeyinde aşındırma işlemlerini, heterointegrasyon tekniklerini ve güvenilirlik testlerini yeniden kurmak için yeni yatırımlar gerekmektedir (lityum niyobat aşındırmadaki zorluk dalga kılavuzu değil, yüksek verimli yonga düzeyinde aşındırma elde etmekti). Bu nedenle, lityum niyobatın yerleşik konumuyla rekabet edebilmek için LTOI'nin daha fazla avantaj ortaya çıkarması gerekebilir. Ancak akademik olarak LTOI, oktav aralıklı elektro-optik taraklar, PPLT, soliton ve AWG dalga boyu bölme cihazları ve dizi modülatörleri gibi entegre yonga üstü sistemler için önemli araştırma potansiyeli sunmaktadır.
Gönderi zamanı: 08-Kas-2024