Tunnfilmsplattor av litiumniobat på isolator (LNOI) är avancerade fotoniska substrat som används i integrerade optiska system, mikrovågsfotoniska system och kvantsystem.
Strukturen består av ett tunnskikt av enkristallint litiumniobat som är bunden till ett isolerande SiO₂-skikt och vilar på ett kiselsubstrat.
Denna konfiguration erbjuder stark optisk inneslutning, extremt låga utbredningsförluster och hög elektrooptisk verkningsgrad, vilket gör den till en viktig plattform för integrerad fotonik.
Vad är tunnfilmslitiumniobat (TFLN)?
Tunnfilmslitiumniobat (TFLN) avser ett kristallint LiNbO₃-skikt i submikrometerstorlek som är framtaget för optiska vågledare och elektrooptiska tillämpningar.
Jämfört med litiumniobat i bulkform möjliggör TFLN en bättre optisk inneslutning, mindre komponentstorlek och högre integrationsdensitet.
TFLN implementeras vanligtvis på LNOI-skivor för att bilda en komplett integrerad fotonisk plattform.
Viktiga funktioner
- Extremt låg optisk förlust < 0,05 dB/cm vid 1550 nm
- Hög elektrooptisk koefficient (r₃₃ upp till 90 pm/V)
- Kompatibilitet med vågledare på submikronnivå (<1 μm)
- CMOS-kompatibel integration med Si/SiN-plattformar
- Hög termisk stabilitet (Curietemperatur på cirka 1140 °C)
- Flera kristallslipningar: X-slipning / Y-slipning / Z-slipning
- Skivstorlekar: 3 tum / 4 tum / 6 tum / 8 tum
Skivstruktur
| Lager | Material | Funktion |
|---|---|---|
| Översta lagret | LiNbO₃-tunnfilm (TFLN) | Elektrooptisk och icke-linjär optisk funktionalitet |
| Mellanlager | SiO₂ (begravd oxid) | Optisk isolering och inneslutning |
| Understa lagret | Silikon / Kvarts / Safir | Mekaniskt stöd och CMOS-kompatibilitet |
Tekniska specifikationer
Specifikationer för kiselskivor
| Parameter | Värde |
|---|---|
| Skivans diameter | 3 tum, 4 tum, 6 tum, 8 tum |
| Total tjocklek | 525 ± 25 μm |
| Båge | ±50 μm |
| Varp | <50 μm |
| LTV | <1,5 μm (5×5 mm², 95%) |
Tunnfilmslager av litiumniobat
| Parameter | Värde |
|---|---|
| Material | Enkristallin LiNbO₃ |
| Tjocklek | 300 nm – 1000 nm |
| Mätnoggrannhet | ±0,5° |
| Ytjämnhet | Ra < 1 nm |
| Fogfel | Inga defekter större än 1 mm |
Inbäddat oxidskikt (SiO₂)
| Parameter | Värde |
|---|---|
| Material | SiO₂ |
| Tjocklek | 100 nm – 2 μm (kan anpassas) |
| Enhetlighet | ±5% |
Tillverkningsprocess
LNOI-skivor tillverkas med hjälp av processer av halvledarkvalitet:
- Jonimplantering för kontrollerad skiktseparation
- Wafer-bondning på isolerande substrat
- Högtemperaturglödgning för kristallstabilisering
- Kemisk-mekanisk polering (CMP) för ytplanering
- Slutlig kvalitetskontroll av optik och konstruktion
Viktiga användningsområden
- Optisk kommunikation med hög hastighet (100G–800G-modulatorer)
- Kvantfotonik (generering av sammanflätade fotoner, QKD-system)
- Mikrovågsfotonik (högfrekvent signalbehandling, millimetervågssystem)
- Icke-linjär optik (frekvensomvandling, optiska kammar)
- Integrerade avkänningssystem (biokemiska och optiska resonatorer)
Prestandafördelar jämfört med LiNbO₃ i bulkform
| Fastighet | LiNbO₃ i bulk | LNOI-tunnfilm |
|---|---|---|
| Optisk förlust | Högre | <0,05 dB/cm |
| Integration | Låg | Fotonik med hög densitet |
| Enhetens storlek | Stor | Submikrometerskala |
| CMOS-kompatibilitet | Nej | Ja |
| Modulationseffektivitet | Måttlig | Hög (Vπ ~1 V kan uppnås) |
Anpassningsalternativ
| Alternativ | Beskrivning |
|---|---|
| Kristallslipning | X-skärning / Y-skärning / Z-skärning |
| Filmens tjocklek | 300 nm – 1000 nm |
| Underlag | Silikon / Kvarts / Safir |
| Oxidskikt | 100 nm – 2 μm (efter önskemål) |
| Doping | LiNbO₃ med MgO-tillsats finns tillgängligt |
Kvalitetskontroll
| Testfråga | Metod |
|---|---|
| Optisk förlust | Test av utbredning i vågledare |
| Ytjämnhet | AFM-mätning |
| Enhetlig tjocklek | Kartläggningssystem |
| Limningskvalitet | IR-inspektion |
| Planhet | Mätteknik för kiselskivor |
Teknisk kompetens
ZMSH erbjuder stöd genom hela processen för utveckling av LNOI-skivor:
- Optimering av tunnfilmsdesign
- Teknik för skivbindning
- Stöd för tillverkning av fotoniska komponenter
- Nanofabrikation (EBL/IBE)
- Testning och validering av optisk prestanda
Stöder både prototyputveckling inom forskning och utveckling samt skalbar produktion i små serier med upp till 8-tums kiselskivor.
VANLIGA FRÅGOR
Vad används LNOI till?
LNOI-skivor används i stor utsträckning inom optisk kommunikation, kvantfotonik, icke-linjär optik och integrerade fotoniska kretsar.
Hur stor är den typiska tunnfilms-tjockleken?
Den typiska tjockleken på tunna skikt av litiumniobat varierar mellan 300 nm och 1000 nm.
Varför använda LNOI istället för litiumniobat i bulk
LNOI erbjuder lägre optiska förluster, högre integrationsdensitet och CMOS-kompatibel fotonisk integration.
Kan LNOI integreras med kiselbaserad fotonik?
Ja, LNOI är fullt kompatibelt med fotoniska plattformar av kisel och kiselnitrid.
Recensioner
Det finns inga recensioner än.