8-inčna LNOI (LiNbO3 na izolatoru) pločica za optičke modulatore, valovode i integrirana kola
Detaljan dijagram
Uvod
Pločice litij-niobata na izolatoru (LNOI) su vrhunski materijal koji se koristi u raznim naprednim optičkim i elektronskim primjenama. Ove pločice se proizvode prenosom tankog sloja litij-niobata (LiNbO₃) na izolacijsku podlogu, obično silicijum ili drugi odgovarajući materijal, korištenjem sofisticiranih tehnika poput implantacije iona i lijepljenja pločica. LNOI tehnologija dijeli mnoge sličnosti sa tehnologijom pločica silicijum-niobata na izolatoru (SOI), ali koristi jedinstvena optička svojstva litij-niobata, materijala poznatog po svojim piezoelektričnim, piroelektričnim i nelinearnim optičkim karakteristikama.
LNOI pločice su privukle značajnu pažnju u oblastima kao što su integrisana optika, telekomunikacije i kvantno računarstvo zbog svojih superiornih performansi u visokofrekventnim i brzim primjenama. Pločice se proizvode korištenjem "Smart-cut" tehnike, koja omogućava preciznu kontrolu debljine tankog filma litijum niobata, osiguravajući da pločice ispunjavaju potrebne specifikacije za različite primjene.
Princip
Proces stvaranja LNOI pločica započinje s kristalom litijum niobata u rasutom stanju. Kristal se podvrgava ionskoj implantaciji, gdje se visokoenergetski ioni helijuma uvode u površinu kristala litijum niobata. Ovi ioni prodiru u kristal do određene dubine i narušavaju kristalnu strukturu, stvarajući krhku ravan koja se kasnije može koristiti za odvajanje kristala u tanke slojeve. Specifična energija iona helijuma kontroliše dubinu implantacije, što direktno utiče na debljinu konačnog sloja litijum niobata.
Nakon implantacije iona, kristal litijum niobata se veže za podlogu tehnikom koja se naziva vezivanje pločica. Proces vezivanja obično koristi metodu direktnog vezivanja, gdje se dvije površine (kristal litijum niobata implantiran ionima i podloga) pritišću jedna uz drugu pod visokom temperaturom i pritiskom kako bi se stvorila jaka veza. U nekim slučajevima, za dodatnu podršku može se koristiti ljepljivi materijal poput benzociklobutena (BCB).
Nakon lijepljenja, pločica prolazi kroz proces žarenja kako bi se popravila bilo kakva oštećenja uzrokovana implantacijom iona i kako bi se poboljšala veza između slojeva. Proces žarenja također pomaže tankom sloju litijum niobata da se odvoji od originalnog kristala, ostavljajući za sobom tanki, visokokvalitetni sloj litijum niobata koji se može koristiti za izradu uređaja.
Specifikacije
LNOI pločice karakterizira nekoliko važnih specifikacija koje osiguravaju njihovu pogodnost za visokoperformansne primjene. To uključuje:
Specifikacije materijala
| Materijal | Specifikacije |
| Materijal | Homogeno: LiNbO3 |
| Kvalitet materijala | Mjehurići ili inkluzije <100μm |
| Orijentacija | Y-rez ±0,2° |
| Gustoća | 4,65 g/cm³ |
| Curiejeva temperatura | 1142 ±1°C |
| Transparentnost | >95% u rasponu od 450-700 nm (debljina 10 mm) |
Proizvodne specifikacije
| Parametar | Specifikacija |
| Prečnik | 150 mm ±0,2 mm |
| Debljina | 350 μm ±10 μm |
| Ravnost | <1,3 μm |
| Ukupna varijacija debljine (TTV) | Iskrivljenje <70 μm @ 150 mm pločice |
| Lokalna varijacija debljine (LTV) | <70 μm @ 150 mm pločica |
| Hrapavost | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS vrijednost) |
| Kvalitet površine | 40-20 |
| Čestice (neuklonjive) | 100-200 μm ≤3 čestice |
| Čips | <300 μm (puna pločica, bez zone isključenja) |
| Pukotine | Bez pukotina (puna pločica) |
| Kontaminacija | Nema neuklonjivih mrlja (cijela pločica) |
| Paralelizam | <30 lučnih sekundi |
| Referentna ravan orijentacije (X-osa) | 47 ±2 mm |
Aplikacije
LNOI pločice se koriste u širokom spektru primjena zbog svojih jedinstvenih svojstava, posebno u oblastima fotonike, telekomunikacija i kvantnih tehnologija. Neke od ključnih primjena uključuju:
Integrisana optika:LNOI pločice se široko koriste u integriranim optičkim kolima, gdje omogućavaju izradu visokoperformansnih fotonskih uređaja kao što su modulatori, talasovodi i rezonatori. Visoka nelinearna optička svojstva litijum niobata čine ga odličnim izborom za primjene koje zahtijevaju efikasnu manipulaciju svjetlošću.
Telekomunikacije:LNOI pločice se koriste u optičkim modulatorima, koji su bitne komponente u brzim komunikacijskim sistemima, uključujući optičke mreže. Sposobnost modulacije svjetlosti na visokim frekvencijama čini LNOI pločice idealnim za moderne telekomunikacijske sisteme.
Kvantno računarstvo:U kvantnim tehnologijama, LNOI pločice se koriste za izradu komponenti za kvantne računare i kvantne komunikacijske sisteme. Nelinearna optička svojstva LNOI se iskorištavaju za stvaranje isprepletenih fotonskih parova, koji su ključni za kvantnu distribuciju ključeva i kvantnu kriptografiju.
Senzori:LNOI pločice se koriste u raznim senzorskim primjenama, uključujući optičke i akustične senzore. Njihova sposobnost interakcije sa svjetlom i zvukom čini ih svestranim za različite vrste senzorskih tehnologija.
Često postavljana pitanja
Q:Šta je LNOI tehnologija?
A:LNOI tehnologija uključuje prenos tankog filma litijum niobata na izolacijsku podlogu, obično silicijum. Ova tehnologija koristi jedinstvena svojstva litijum niobata, kao što su njegove visoke nelinearne optičke karakteristike, piezoelektričnost i piroelektričnost, što ga čini idealnim za integriranu optiku i telekomunikacije.
Q:Koja je razlika između LNOI i SOI pločica?
A: I LNOI i SOI pločice su slične po tome što se sastoje od tankog sloja materijala vezanog za podlogu. Međutim, LNOI pločice koriste litijum niobat kao materijal tankog filma, dok SOI pločice koriste silicijum. Ključna razlika leži u svojstvima materijala tankog filma, pri čemu LNOI nudi superiorna optička i piezoelektrična svojstva.
Q:Koje su prednosti korištenja LNOI pločica?
Glavne prednosti LNOI pločica uključuju njihova odlična optička svojstva, kao što su visoki nelinearni optički koeficijenti, i njihovu mehaničku čvrstoću. Ove karakteristike čine LNOI pločice idealnim za upotrebu u brzim, visokofrekventnim i kvantnim primjenama.
Q:Mogu li se LNOI pločice koristiti za kvantne primjene?
Da, LNOI pločice se široko koriste u kvantnim tehnologijama zbog svoje sposobnosti generiranja isprepletenih fotonskih parova i kompatibilnosti s integriranom fotonikom. Ova svojstva su ključna za primjene u kvantnom računarstvu, komunikaciji i kriptografiji.
Q:Kolika je tipična debljina LNOI filmova?
A:LNOI filmovi obično imaju debljinu od nekoliko stotina nanometara do nekoliko mikrometara, ovisno o specifičnoj primjeni. Debljina se kontrolira tokom procesa implantacije iona.
