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 yongaları ve Profesör Kippenberg'in İsviçre, EPFL'deki grubu tarafından geliştirilen yüksek kaliteli dalga kılavuzu aşındırma işlemleriyle birlikte, LTOI modülatörleri üzerine birçok üst düzey çalışma yayınlandı. İşbirlikçi çalışmaları etkileyici sonuçlar ortaya koydu. Ayrıca, Profesör Liu Liu liderliğindeki Zhejiang Üniversitesi ve Profesör Loncar liderliğindeki Harvard Üniversitesi araştırma ekipleri de yüksek hızlı ve yüksek kararlılığa sahip LTOI modülatörleri hakkında rapor hazırladılar.
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, esas olarak dalga kılavuzu arayüzündeki kusurlardan kaynaklanan yük birikimi nedeniyle genellikle önyargı noktası kayması sergiliyordu. Bu cihazlar tedavi edilmezse, kararlı hale gelmeleri bir güne kadar sürebiliyordu. Ancak, metal oksit kaplama, alt tabaka polarizasyonu ve tavlama gibi çeşitli yöntemler geliştirilerek bu sorun artık büyük ölçüde yönetilebilir hale geldi.
Buna karşılık, LTOI'de daha az malzeme kusuru vardır ve bu da kayma olgusunun önemli ölçüde azalmasına yol açar. Ek işlem yapılmasa bile, çalışma noktası nispeten sabit kalır. EPFL, Harvard ve Zhejiang Üniversitesi tarafından da benzer sonuçlar bildirilmiştir. Ancak, karşılaştırma genellikle işlenmemiş LNOI modülatörleri kullanır ve bu tamamen adil olmayabilir; işlemle birlikte, her iki malzemenin performansı muhtemelen benzerdir. Temel fark, LTOI'nin daha az ek işlem 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, düşük çift kırılma bu sorunu ortadan kaldırarak, yüksek performanslı pasif cihazların geliştirilmesini potansiyel olarak kolaylaştırmaktadır. EPFL de, LTOI'nin düşük çift kırılma özelliğinden ve mod geçişinin olmamasından yararlanarak geniş bir spektral aralıkta düz dağılım kontrolüne sahip ultra geniş spektrumlu elektro-optik frekans tarağı üretimi elde ederek kayda değer sonuçlar bildirmiştir. Bu, lityum niyobat ile elde edilebilecek olandan birkaç kat daha büyük, 2000'den fazla tarak hattına sahip etkileyici bir 450 nm tarak bant genişliğiyle sonuçlanmıştır. Kerr optik frekans taraklarıyla karşılaştırıldığında, elektro-optik taraklar eşiksiz ve daha kararlı olma avantajına sahiptir, 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 durum doğrusal olmayan uygulamalar için de geçerlidir. Lityum niyobat, güçlü bir Raman etkisine sahiptir ve bu durum, Kerr optik frekans tarağı uygulamalarında istenmeyen Raman ışığı oluşumuna ve rekabete yol açarak x-kesimli lityum niyobat optik frekans taraklarının soliton durumuna ulaşmasını engelleyebilir. LTOI ile Raman etkisi, kristal yönelim tasarımıyla bastırılabilir ve x-kesimli LTOI'nin soliton optik frekans tarağı oluşumuna ulaşmasına olanak tanır. Bu, soliton optik frekans taraklarının yüksek hızlı modülatörlerle monolitik entegrasyonunu sağlar; 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 yöntemlerinin kullanılmasına doğru bir geçişle, 610°C'lik bir Curie sıcaklığı fazlasıyla yeterli hale gelmiştir.
◆ İnce Film Lityum Tantalat (LTOI), İnce Film Lityum Niobatın (TFLN) Yerini Alacak mı?
Güncel araştırmalara göre, LTOI pasif performans, kararlılık ve büyük ölçekli üretim maliyeti açısından avantajlar sunarken, görünürde hiçbir dezavantajı bulunmamaktadır. Ancak LTOI, modülasyon performansında lityum niyobatı geçememektedir ve LNOI ile ilgili kararlılık sorunlarının bilinen çözümleri mevcuttur. İletişim DR modülleri için pasif bileşenlere olan talep minimum düzeydedir (ve gerekirse silisyum nitrür kullanılabilir). Ayrıca, yonga seviyesinde aşındırma işlemlerini, heterointegrasyon tekniklerini ve güvenilirlik testlerini yeniden tesis etmek için yeni yatırımlara ihtiyaç duyulmaktadır (lityum niyobat aşındırmadaki zorluk dalga kılavuzu değil, yüksek verimli yonga seviyesinde aşındırma elde etmektir). 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 bir araştırma potansiyeli sunmaktadır.
Gönderi zamanı: 08-Kas-2024