Dunne-film-LNOI-wafers (Lithium Niobate on Insulator) zijn geavanceerde fotonische substraten die worden gebruikt voor geïntegreerde optische, microgolf-fotonische en kwantumsystemen.
De structuur bestaat uit een dunne film van monokristallijn lithiumniobaat die op een isolerende SiO₂-laag is aangebracht en op een siliciumsubstraat rust.
Deze configuratie biedt een sterke optische opsluiting, een uiterst laag voortplantingsverlies en een hoge elektro-optische efficiëntie, waardoor het een belangrijk platform vormt voor geïntegreerde fotonica.
Wat is dunne-film-lithiumniobaat (TFLN)?
Thin-Film Lithium Niobate (TFLN) is een kristallijne LiNbO₃-laag met een dikte van minder dan een micron, die speciaal is ontwikkeld voor optische golfgeleiders en elektro-optische toepassingen.
In vergelijking met bulk-lithiumniobaat maakt TFLN een strakkere optische insluiting, een kleinere voetafdruk van de component en een hogere integratiedichtheid mogelijk.
TFLN wordt doorgaans geïmplementeerd op LNOI-wafers om een volledig geïntegreerd fotonisch platform te vormen.
Belangrijkste kenmerken
- Zeer laag optisch verlies < 0,05 dB/cm bij 1550 nm
- Hoge elektro-optische coëfficiënt (r₃₃ tot 90 pm/V)
- Compatibiliteit met submicron-golfgeleiders (<1 μm)
- CMOS-compatibele integratie met Si/SiN-platforms
- Hoge thermische stabiliteit (Curietemperatuur van circa 1140 °C)
- Verschillende slijpvormen: X-slijpvorm / Y-slijpvorm / Z-slijpvorm
- Waferafmetingen: 3 inch / 4 inch / 6 inch / 8 inch
Waferconstructie
| Laag | Materiaal | Functie |
|---|---|---|
| Bovenste laag | LiNbO₃-dunne film (TFLN) | Elektro-optische en niet-lineaire optische functionaliteit |
| Tussenlaag | SiO₂ (begraven oxide) | Optische isolatie en opsluiting |
| Onderste laag | Zilver / Kwarts / Saffier | Mechanische ondersteuning en CMOS-compatibiliteit |
Technische specificaties
Specificaties van de wafer
| Parameter | Waarde |
|---|---|
| Diameter van de wafer | 3″, 4″, 6″, 8″ |
| Totale dikte | 525 ± 25 μm |
| Boog | ±50 μm |
| Warp | <50 μm |
| LTV | <1,5 μm (5×5 mm², 95%) |
Dunne laag van lithiumniobaat
| Parameter | Waarde |
|---|---|
| Materiaal | LiNbO₃ uit één kristal |
| Dikte | 300 nm – 1000 nm |
| Richtnauwkeurigheid | ±0,5° |
| Oppervlakteruwheid | Ra < 1 nm |
| Hechtingsfouten | Geen gebreken >1 mm |
Ondergrondse oxidelaag (SiO₂)
| Parameter | Waarde |
|---|---|
| Materiaal | SiO₂ |
| Dikte | 100 nm – 2 μm (aanpasbaar) |
| Uniformiteit | ±5% |
Productieproces
LNOI-wafers worden vervaardigd volgens processen van halfgeleiderkwaliteit:
- Ionenimplantatie voor gecontroleerde laagscheiding
- Het verlijmen van wafers op isolerende substraten
- Gloeien bij hoge temperatuur voor kristalstabilisatie
- Chemisch-mechanisch polijsten (CMP) voor oppervlakte-egalisatie
- Laatste controle van de optische en structurele kwaliteit
Belangrijkste toepassingen
- Optische communicatie met hoge snelheid (100G–800G-modulatoren)
- Kwantumfotonica (het genereren van verstrengelde fotonen, QKD-systemen)
- Microgolf-fotonica (RF-signaalverwerking, mm-golfsystemen)
- Niet-lineaire optica (frequentieomzetting, optische kammen)
- Geïntegreerde sensorsystemen (biochemische en optische resonatoren)
Prestatievoordeel ten opzichte van LiNbO₃ in bulk
| Eigendom | LiNbO₃ in bulk | LNOI Dunne film |
|---|---|---|
| Optisch verlies | Hoger | <0,05 dB/cm |
| Integratie | Laag | Fotonica met hoge dichtheid |
| Afmetingen van het apparaat | Groot | submicron-schaal |
| CMOS-compatibiliteit | Nee | Ja |
| Modulatie-efficiëntie | Matig | Hoog (Vπ ~1 V haalbaar) |
Aanpassingsopties
| Optie | Beschrijving |
|---|---|
| Kristalsnede | X-snede / Y-snede / Z-snede |
| Filmdikte | 300 nm – 1000 nm |
| Substraat | Zilver / Kwarts / Saffier |
| Oxide-laag | 100 nm – 2 μm (op maat) |
| Doping | LiNbO₃ met MgO-dotering leverbaar |
Kwaliteitscontrole
| Testvraag | Methode |
|---|---|
| Optisch verlies | Test van de voortplanting in een golfgeleider |
| Oppervlakteruwheid | AFM-meting |
| Dikte Uniformiteit | Kaartsysteem |
| Hechtingskwaliteit | IR-inspectie |
| Vlakheid | Wafermetrologie |
Technische expertise
ZMSH biedt volledige ondersteuning bij de ontwikkeling van LNOI-wafers:
- Optimalisatie van dunne-filmontwerpen
- Procesengineering voor het verbinden van wafers
- Ondersteuning bij de fabricage van fotonische apparaten
- Nanofabricage (EBL / IBE)
- Testen en valideren van optische prestaties
Geschikt voor zowel prototypen in het kader van onderzoek en ontwikkeling als schaalbare productie in kleine series tot 8-inch wafers.
FAQ
Waarvoor wordt LNOI gebruikt?
LNOI-wafers worden op grote schaal gebruikt in de optische communicatie, kwantumfotonica, niet-lineaire optica en geïntegreerde fotonische schakelingen.
Wat is de gebruikelijke dikte van een dunne film?
De dikte van een typische dunne film van lithiumniobaat varieert van 300 nm tot 1000 nm.
Waarom LNOI gebruiken in plaats van lithiumniobaat in bulk?
LNOI biedt een lager optisch verlies, een hogere integratiedichtheid en CMOS-compatibele fotonische integratie.
Kan LNOI worden geïntegreerd met siliciumfotonica?
Ja, LNOI is volledig compatibel met fotonische platforms op basis van silicium en siliciumnitride.
Beoordelingen
Er zijn nog geen beoordelingen.