Tenkovrstvé destičky z niobátu lithného na izolátoru (LNOI) jsou moderní fotonické substráty používané v integrovaných optických, mikrovlnných fotonických a kvantových systémech.
Struktura se skládá z tenké vrstvy monokrystalického niobátu lithného, která je nanesena na izolační vrstvu z SiO₂ a podložena křemíkovým substrátem.
Tato konfigurace zajišťuje silné optické ohraničení, mimořádně nízké ztráty při šíření a vysokou elektrooptickou účinnost, což z ní činí klíčovou platformu pro integrovanou fotoniku.
Co je to tenkovrstvý niobát lithný (TFLN)
Termín „tenkovrstvý niobát lithný (TFLN)“ označuje submikrometrovou krystalickou vrstvu LiNbO₃ vyvinutou pro použití v optických vlnovodech a elektrooptických aplikacích.
Ve srovnání s volně sypaným niobátem lithným umožňuje TFLN lepší optické omezení, menší rozměry zařízení a vyšší integrační hustotu.
Technologie TFLN se obvykle implementuje na destičkách LNOI, čímž vzniká ucelená integrovaná fotonická platforma.
Klíčové vlastnosti
- Extrémně nízké optické ztráty < 0,05 dB/cm při 1550 nm
- Vysoký elektrooptický koeficient (r₃₃ až 90 pm/V)
- Kompatibilita s vlnovody v submikronovém rozsahu (<1 μm)
- Integrace kompatibilní s CMOS s platformami Si / SiN
- Vysoká tepelná stabilita (Curieova teplota ~1140 °C)
- Různé typy broušení krystalů: X-cut / Y-cut / Z-cut
- Velikosti destiček: 3 palce / 4 palce / 6 palců / 8 palců
Struktura destičky
| Vrstva | Materiál | Funkce |
|---|---|---|
| Horní vrstva | Tenká vrstva LiNbO₃ (TFLN) | Elektrooptické a nelineární optické funkce |
| Střední vrstva | SiO₂ (pohřbený oxid) | Optická izolace a ohraničení |
| Spodní vrstva | Křemík / Křemen / Safír | Mechanická podpora a kompatibilita s CMOS |
Technické specifikace
Technické parametry destiček
| Parametr | Hodnota |
|---|---|
| Průměr destičky | 3″, 4″, 6″, 8″ |
| Celková tloušťka | 525 ± 25 μm |
| Luk | ±50 μm |
| Warp | <50 μm |
| LTV | <1,5 μm (5×5 mm², 95%) |
Tenká vrstva niobátu lithného
| Parametr | Hodnota |
|---|---|
| Materiál | Monokrystal LiNbO₃ |
| Tloušťka | 300 nm – 1000 nm |
| Přesnost orientace | ±0,5° |
| Drsnost povrchu | Ra < 1 nm |
| Vady spojů | Žádné vady větší než 1 mm |
Pohřbená vrstva oxidu (SiO₂)
| Parametr | Hodnota |
|---|---|
| Materiál | SiO₂ |
| Tloušťka | 100 nm – 2 μm (na přání) |
| Jednotnost | ±5% |
Výrobní proces
Plátky LNOI se vyrábějí pomocí procesů používaných v polovodičovém průmyslu:
- Iontová implantace pro řízené oddělování vrstev
- Lepení destiček na izolační podklady
- Vysokoteplotní žíhání za účelem stabilizace krystalů
- Chemicko-mechanické leštění (CMP) pro vyrovnání povrchu
- Závěrečná kontrola optické a konstrukční kvality
Hlavní oblasti použití
- Vysokorychlostní optická komunikace (modulátory 100G–800G)
- Kvantová fotonika (generování provázaných fotonů, systémy QKD)
- Mikrovlnná fotonika (zpracování vysokofrekvenčních signálů, systémy v milimetrovém pásmu)
- Nelineární optika (konverze frekvence, optické hřebeny)
- Integrované senzorové systémy (biochemické a optické rezonátory)
Výkonnostní výhody oproti hromadně dodávanému LiNbO₃
| Majetek | LiNbO₃ ve velkém množství | LNOI tenká vrstva |
|---|---|---|
| Optické ztráty | Vyšší | <0,05 dB/cm |
| Integrace | Nízká | Fotonika s vysokou hustotou |
| Velikost zařízení | Velký | V řádu submikronů |
| Kompatibilita s CMOS | Ne | Ano |
| Účinnost modulace | Mírná | Vysoká (lze dosáhnout Vπ ~1 V) |
Možnosti přizpůsobení
| Možnost | Popis |
|---|---|
| Křišťálový řez | Řez X / Řez Y / Řez Z |
| Tloušťka filmu | 300 nm – 1000 nm |
| Podklad | Křemík / Křemen / Safír |
| Oxidová vrstva | 100 nm – 2 μm (na míru) |
| Doping | K dispozici je LiNbO₃ dopovaný MgO |
Kontrola kvality
| Testovací položka | Metoda |
|---|---|
| Optické ztráty | Test šíření vlny ve vlnovodu |
| Drsnost povrchu | měření pomocí AFM |
| Rovnoměrnost tloušťky | Mapový systém |
| Kvalita lepení | Infračervená kontrola |
| Plochost | Měření tenkých vrstev |
Technické kapacity
ZMSH poskytuje komplexní podporu při vývoji destiček LNOI:
- Optimalizace konstrukce tenkovrstvých zařízení
- Technika procesů lepení polovodičových destiček
- Podpora při výrobě fotonických zařízení
- Nanofabrikace (EBL / IBE)
- Testování a ověřování optických parametrů
Podporuje jak prototypování v rámci výzkumu a vývoje, tak škálovatelnou malosériovou výrobu až pro 8palcové destičky.
ČASTO KLADENÉ DOTAZY
K čemu se LNOI používá
Plátky LNOI se hojně využívají v optické komunikaci, kvantové fotonice, nelineární optice a integrovaných fotonických obvodech.
Jaká je obvyklá tloušťka tenké vrstvy?
Tloušťka tenké vrstvy niobátu lithného se obvykle pohybuje v rozmezí 300 nm až 1000 nm.
Proč používat LNOI místo niobátu lithného ve velkém množství
Technologie LNOI nabízí nižší optické ztráty, vyšší integrační hustotu a fotonickou integraci kompatibilní s technologií CMOS.
Je možné integrovat technologii LNOI do křemíkové fotoniky?
Ano, LNOI je plně kompatibilní s fotonickými platformami na bázi křemíku a nitridu křemíku.
Recenze
Zatím zde nejsou žádné recenze.