Wafer LNOI (LiNbO3 pada Penebat) 8 inci untuk Litar Bersepadu Modulator Optik Pandu Gelombang
Gambarajah Terperinci
pengenalan
Wafer Lithium Niobate on Insulator (LNOI) ialah bahan canggih yang digunakan dalam pelbagai aplikasi optik dan elektronik termaju. Wafer ini dihasilkan dengan memindahkan lapisan nipis litium niobate (LiNbO₃) ke substrat penebat, biasanya silikon atau bahan lain yang sesuai, menggunakan teknik canggih seperti implantasi ion dan ikatan wafer. Teknologi LNOI berkongsi banyak persamaan dengan teknologi wafer Silicon on Insulator (SOI) tetapi mengambil kesempatan daripada sifat optik unik litium niobate, bahan yang terkenal dengan ciri optik piezoelektrik, piroelektrik dan tak linearnya.
Wafer LNOI telah mendapat perhatian yang ketara dalam bidang seperti optik bersepadu, telekomunikasi dan pengkomputeran kuantum kerana prestasi unggulnya dalam aplikasi frekuensi tinggi dan berkelajuan tinggi. Wafer dihasilkan menggunakan teknik "Smart-cut", yang membolehkan kawalan tepat ke atas ketebalan filem nipis litium niobate, memastikan wafer memenuhi spesifikasi yang diperlukan untuk pelbagai aplikasi.
Prinsip
Proses mencipta wafer LNOI bermula dengan kristal litium niobate pukal. Hablur mengalami implantasi ion, di mana ion helium bertenaga tinggi dimasukkan ke dalam permukaan kristal litium niobate. Ion-ion ini menembusi kristal ke kedalaman tertentu dan mengganggu struktur kristal, mewujudkan satah rapuh yang kemudiannya boleh digunakan untuk memisahkan kristal menjadi lapisan nipis. Tenaga khusus ion helium mengawal kedalaman implantasi, yang secara langsung memberi kesan kepada ketebalan lapisan litium niobate akhir.
Selepas implantasi ion, kristal litium niobate diikat pada substrat menggunakan teknik yang dipanggil ikatan wafer. Proses ikatan biasanya menggunakan kaedah ikatan langsung, di mana kedua-dua permukaan (kristal litium niobate yang ditanam ion dan substrat) ditekan bersama di bawah suhu dan tekanan tinggi untuk mencipta ikatan yang kuat. Dalam sesetengah kes, bahan pelekat seperti benzocyclobutene (BCB) boleh digunakan untuk sokongan tambahan.
Selepas ikatan, wafer mengalami proses penyepuhlindapan untuk membaiki sebarang kerosakan yang disebabkan oleh implantasi ion dan untuk meningkatkan ikatan antara lapisan. Proses penyepuhlindapan juga membantu lapisan litium niobate nipis untuk tertanggal daripada kristal asal, meninggalkan lapisan nipis litium niobate berkualiti tinggi yang boleh digunakan untuk fabrikasi peranti.
Spesifikasi
Wafer LNOI dicirikan oleh beberapa spesifikasi penting yang memastikan kesesuaiannya untuk aplikasi berprestasi tinggi. Ini termasuk:
Spesifikasi Bahan,
| ,bahan, | ,Spesifikasi, |
| bahan | Homogen: LiNbO3 |
| Kualiti Bahan | Buih atau kemasukan <100μm |
| Orientasi | Potongan Y ±0.2° |
| Ketumpatan | 4.65 g/cm³ |
| Suhu Curie | 1142 ±1°C |
| Ketelusan | >95% dalam julat 450-700 nm (ketebalan 10 mm) |
Spesifikasi Pembuatan,
| ,Parameter, | ,Spesifikasi, |
| Diameter | 150 mm ±0.2 mm |
| Ketebalan | 350 μm ±10 μm |
| Kerataan | <1.3 μm |
| Jumlah Variasi Ketebalan (TTV) | Warp <70 μm @ 150 mm wafer |
| Variasi Ketebalan Setempat (LTV) | <70 μm @ 150 mm wafer |
| Kekasaran | Rq ≤0.5 nm (nilai AFM RMS) |
| Kualiti Permukaan | 40-20 |
| Zarah (Tidak boleh ditanggalkan) | 100-200 μm ≤3 zarah |
| kerepek | <300 μm (wafer penuh, tiada zon pengecualian) |
| retak | Tiada retak (wafer penuh) |
| Pencemaran | Tiada kesan tidak boleh tanggal (wafer penuh) |
| Paralelisme | <30 saat lengkok |
| Satah Rujukan Orientasi (paksi-X) | 47 ±2 mm |
Aplikasi
Wafer LNOI digunakan dalam pelbagai aplikasi kerana sifat uniknya, terutamanya dalam bidang fotonik, telekomunikasi dan teknologi kuantum. Beberapa aplikasi utama termasuk:
Optik Bersepadu:Wafer LNOI digunakan secara meluas dalam litar optik bersepadu, di mana ia membolehkan peranti fotonik berprestasi tinggi seperti modulator, pandu gelombang dan resonator. Sifat optik tak linear yang tinggi bagi litium niobate menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk aplikasi yang memerlukan manipulasi cahaya yang cekap.
Telekomunikasi:Wafer LNOI digunakan dalam modulator optik, yang merupakan komponen penting dalam sistem komunikasi berkelajuan tinggi, termasuk rangkaian gentian optik. Keupayaan untuk memodulasi cahaya pada frekuensi tinggi menjadikan wafer LNOI sesuai untuk sistem telekomunikasi moden.
Pengkomputeran Kuantum:Dalam teknologi kuantum, wafer LNOI digunakan untuk mengarang komponen untuk komputer kuantum dan sistem komunikasi kuantum. Sifat optik bukan linear LNOI dimanfaatkan untuk mencipta pasangan foton terjerat, yang penting untuk pengedaran kunci kuantum dan kriptografi kuantum.
Penderia:Wafer LNOI digunakan dalam pelbagai aplikasi penderiaan, termasuk penderia optik dan akustik. Keupayaan mereka untuk berinteraksi dengan cahaya dan bunyi menjadikan mereka serba boleh untuk pelbagai jenis teknologi penderiaan.
Soalan Lazim
Q:Apakah teknologi LNOI?
A: Teknologi LNOI melibatkan pemindahan filem litium niobate nipis ke substrat penebat, biasanya silikon. Teknologi ini memanfaatkan sifat unik litium niobate, seperti ciri optik tak linear yang tinggi, piezoelektrik dan piroelektrik, menjadikannya ideal untuk optik bersepadu dan telekomunikasi.
Q:Apakah perbezaan antara wafer LNOI dan SOI?
J:Kedua-dua wafer LNOI dan SOI adalah serupa kerana ia terdiri daripada lapisan nipis bahan yang terikat pada substrat. Walau bagaimanapun, wafer LNOI menggunakan litium niobate sebagai bahan filem nipis, manakala wafer SOI menggunakan silikon. Perbezaan utama terletak pada sifat bahan filem nipis, dengan LNOI menawarkan sifat optik dan piezoelektrik yang unggul.
Q:Apakah kelebihan menggunakan wafer LNOI?
J: Kelebihan utama wafer LNOI termasuk sifat optiknya yang sangat baik, seperti pekali optik tak linear yang tinggi, dan kekuatan mekanikalnya. Ciri-ciri ini menjadikan wafer LNOI sesuai untuk digunakan dalam aplikasi berkelajuan tinggi, frekuensi tinggi dan kuantum.
Q:Bolehkah wafer LNOI digunakan untuk aplikasi kuantum?
J: Ya, wafer LNOI digunakan secara meluas dalam teknologi kuantum kerana keupayaannya untuk menjana pasangan foton terjerat dan keserasiannya dengan fotonik bersepadu. Sifat ini penting untuk aplikasi dalam pengkomputeran kuantum, komunikasi dan kriptografi.
Q:Apakah ketebalan tipikal filem LNOI?
A: Filem LNOI biasanya mempunyai ketebalan beberapa ratus nanometer hingga beberapa mikrometer, bergantung pada aplikasi tertentu. Ketebalan dikawal semasa proses implantasi ion.
