Ohutkalvoiset LNOI-piikiekot (Lithium Niobate on Insulator) ovat edistyksellisiä fotonisia substraatteja, joita käytetään integroiduissa optisissa, mikroaaltofotonisissa ja kvanttijärjestelmissä.
Rakenne koostuu yksikiteisestä litiumniobaatin ohutkalvosta, joka on kiinnitetty SiO₂-eristekerrokseen ja tuettu piialustalle.
Tämä kokoonpano tarjoaa vahvan optisen rajoituksen, erittäin pienen etenemishäviön ja korkean sähköoptisen hyötysuhteen, minkä ansiosta se on keskeinen alusta integroidulle fotoniikalle.
Mikä on ohutkalvolitiumniobaatti (TFLN)?
Ohutkalvokiteinen litiumniobaatti (TFLN) tarkoittaa alle mikrometrin paksuista kiteistä LiNbO₃-kerrosta, joka on kehitetty optisiin aaltojohde- ja sähköoptisiin sovelluksiin.
Verrattuna irtotavarana olevaan litiumniobaattiin TFLN mahdollistaa tiukemman optisen rajoituksen, pienemmän laitteen koon ja suuremman integrointitiheyden.
TFLN toteutetaan yleensä LNOI-piikiekkoihin täydellisen integroidun fotoniikan alustan muodostamiseksi.
Tärkeimmät ominaisuudet
- Erittäin pieni optinen häviö < 0,05 dB/cm aallonpituudella 1550 nm
- Korkea sähköoptinen kerroin (r₃₃ jopa 90 pm/V)
- Yhteensopivuus alle mikrometrin aaltoputkien kanssa (<1 μm)
- CMOS-yhteensopiva integrointi Si- ja SiN-alustoihin
- Erinomainen lämpöstabiilius (Curie-lämpötila noin 1140 °C)
- Useita kristallileikkauksia: X-leikkaus / Y-leikkaus / Z-leikkaus
- Piikiekkojen koot: 3 tuumaa / 4 tuumaa / 6 tuumaa / 8 tuumaa
Kiekkorakenne
| Kerros | Materiaali | Toiminto |
|---|---|---|
| Pintakerros | LiNbO₃-ohutkalvo (TFLN) | Sähköoptiset ja epälineaariset optiset toiminnot |
| Keskikerros | SiO₂ (upotettu oksidi) | Optinen eristys ja rajoittaminen |
| Alimman kerroksen | Si / Kvartsi / Safiiri | Mekaaninen tuki ja CMOS-yhteensopivuus |
Tekniset tiedot
Piikiekkojen tekniset tiedot
| Parametri | Arvo |
|---|---|
| Levyn halkaisija | 3″, 4″, 6″, 8″ |
| Kokonaispaksuus | 525 ± 25 μm |
| Keula | ±50 μm |
| Warp | <50 μm |
| LTV | <1,5 μm (5×5 mm², 95%) |
Ohutkalvoinen litiumniobaattikerros
| Parametri | Arvo |
|---|---|
| Materiaali | Yksikiteinen LiNbO₃ |
| Paksuus | 300 nm – 1000 nm |
| Suuntatarkkuus | ±0,5° |
| Pinnan karheus | Ra < 1 nm |
| Liimausvirheet | Ei yli 1 mm:n suuria virheitä |
Upotettu oksidikerros (SiO₂)
| Parametri | Arvo |
|---|---|
| Materiaali | SiO₂ |
| Paksuus | 100 nm – 2 μm (muokattavissa) |
| Yhdenmukaisuus | ±5% |
Valmistusprosessi
LNOI-piikiekot valmistetaan puolijohteiden valmistusprosesseja noudattaen:
- Ionien implantointi hallittua kerrosten erottelua varten
- Piikiekkojen liittäminen eristävälle alustalle
- Korkean lämpötilan hehkutus kiteiden stabiloimiseksi
- Kemiallis-mekaaninen kiillotus (CMP) pinnan tasoittamiseen
- Lopullinen optisen ja rakenteellisen laadun tarkastus
Tärkeimmät käyttökohteet
- Nopea optinen tiedonsiirto (100G–800G-modulaattorit)
- Kvanttifotoniikka (kietoutuneiden fotonien tuottaminen, QKD-järjestelmät)
- Mikroaaltophotonikka (radiotaajuussignaalinkäsittely, millimetriaaltojärjestelmät)
- Epälineaarinen optiikka (taajuusmuunnos, optiset kammat)
- Integroidut anturijärjestelmät (biokemialliset ja optiset resonaattorit)
Suorituskykyetu verrattuna irtotavarana toimitettavaan LiNbO₃:een
| Kiinteistö | LiNbO₃ irtotavarana | LNOI-ohutkalvo |
|---|---|---|
| Optinen häviö | Korkeampi | <0,05 dB/cm |
| Integrointi | Matala | Tiheäfotonikka |
| Laitteen koko | Suuri | alle mikrometrin mittakaava |
| CMOS-yhteensopivuus | Ei | Kyllä |
| Modulaatiotehokkuus | Kohtalainen | Korkea (Vπ ~1 V saavutettavissa) |
Mukauttamisvaihtoehdot
| Vaihtoehto | Kuvaus |
|---|---|
| Kristallileikkaus | X-leikkaus / Y-leikkaus / Z-leikkaus |
| Kalvon paksuus | 300 nm – 1000 nm |
| Alusta | Si / Kvartsi / Safiiri |
| Oksidikerros | 100 nm – 2 μm (räätälöity) |
| Doping | MgO-seostettua LiNbO₃:ta saatavilla |
Laadunvalvonta
| Testikohde | Menetelmä |
|---|---|
| Optinen häviö | Aaltojohdon etenemistesti |
| Pinnan karheus | AFM-mittaus |
| Paksuuden tasaisuus | Karttajärjestelmä |
| Liimauslaatu | Infrapunatarkastus |
| Tasaisuus | Piikiekkojen mittaus |
Tekninen osaaminen
ZMSH tarjoaa kattavaa tukea LNOI-piikiekkojen kehitystyöhön:
- Ohutkalvorakenteen optimointi
- Piikiekkojen liimausprosessien suunnittelu
- Valoteknisten laitteiden valmistuksen tuki
- Nanotekniikka (EBL / IBE)
- Optisen suorituskyvyn testaus ja validointi
Tukee sekä tutkimus- ja kehitystyön prototyyppien valmistusta että laajennettavaa pienerien tuotantoa jopa 8 tuuman piikiekkoihin asti.
FAQ
Mihin LNOI:ta käytetään
LNOI-levyjä käytetään laajalti optisessa viestinnässä, kvanttifotoniikassa, epälineaarisessa optiikassa ja integroiduissa fotoniikkapiireissä.
Mikä on tyypillinen ohutkalvon paksuus?
Tyypillisen litiumniobaatti-ohutkalvon paksuus vaihtelee 300 nm:stä 1000 nm:iin.
Miksi käyttää LNOI:ta irtotavarana myytävän litiumniobaatin sijaan
LNOI tarjoaa pienemmät optiset häviöt, suuremman integrointitiheyden sekä CMOS-yhteensopivan fotonisen integroinnin.
Voiko LNOI integroida piifotoniikkaan
Kyllä, LNOI on täysin yhteensopiva piin ja piinitridin fotonisten alustojen kanssa.
Arviot
Tuotearvioita ei vielä ole.