แผ่นเวเฟอร์ Thin-Film Lithium Niobate on Insulator (LNOI) เป็นวัสดุพื้นฐานโฟโทนิกขั้นสูงที่ใช้สำหรับระบบออปติคัลแบบบูรณาการ ระบบโฟโทนิกไมโครเวฟ และระบบควอนตัม.

โครงสร้างประกอบด้วยฟิล์มบางของลิเทียมไนโอเบตผลึกเดี่ยวที่เชื่อมต่อกับชั้นฉนวน SiO₂ และรองรับด้วยแผ่นซิลิคอน.

การกำหนดค่านี้ให้การกักเก็บแสงที่แข็งแกร่ง การสูญเสียการแพร่กระจายต่ำมาก และประสิทธิภาพทางอิเล็กโทร-ออปติกสูง ทำให้เป็นแพลตฟอร์มสำคัญสำหรับโฟโตนิกส์แบบบูรณาการ.

ฟิล์มบางลิเธียมไนโอเบต (TFLN) คืออะไร

ฟิล์มบางลิเทียมไนโอเบต (TFLN) หมายถึงชั้นผลึก LiNbO₃ ที่มีขนาดต่ำกว่าไมโครเมตร ซึ่งถูกออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับใช้งานในอุปกรณ์นำคลื่นแสงและอุปกรณ์อิเล็กโทรออปติก.

เมื่อเปรียบเทียบกับลิเธียมไนโอเบตแบบมวลรวม TFLN ช่วยให้สามารถกักเก็บแสงได้แน่นกว่า มีขนาดอุปกรณ์ที่เล็กลง และมีความหนาแน่นในการรวมระบบที่สูงกว่า.

TFLN มักจะถูกนำไปใช้บนเวเฟอร์ LNOI เพื่อสร้างแพลตฟอร์มโฟโตนิกแบบบูรณาการอย่างสมบูรณ์.

คุณสมบัติเด่น

• การสูญเสียทางแสงต่ำเป็นพิเศษ < 0.05 dB/cm @ 1550 นาโนเมตร
• ค่าสัมประสิทธิ์อิเล็กโทร-ออปติกสูง (r₃₃ สูงถึง 90 pm/V)
• ความเข้ากันได้ของคลื่นนำทางขนาดต่ำกว่าไมครอน (<1 ไมโครเมตร)
• การรวมที่เข้ากันได้กับ CMOS กับแพลตฟอร์ม Si / SiN
• ความเสถียรทางความร้อนสูง (~1140°C อุณหภูมิเคอรี)
• การเจียระไนคริสตัลหลายแบบ: เจียระไนแบบ X / เจียระไนแบบ Y / เจียระไนแบบ Z
• ขนาดเวเฟอร์: 3 นิ้ว / 4 นิ้ว / 6 นิ้ว / 8 นิ้ว

โครงสร้างเวเฟอร์

ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค

ข้อมูลจำเพาะของเวเฟอร์

ชั้นฟิล์มบางลิเธียมไนโอเบต

ชั้นออกไซด์ฝังตัว (SiO₂)

กระบวนการผลิต

เวเฟอร์ LNOI ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการระดับเซมิคอนดักเตอร์:

• การฝังไอออนเพื่อการแยกชั้นที่ควบคุมได้
• การยึดเกาะเวเฟอร์ลงบนวัสดุฉนวน
• การอบชุบด้วยความร้อนสูงเพื่อความเสถียรของผลึก
• การขัดผิวด้วยเคมีเชิงกล (CMP) สำหรับการปรับผิวให้เรียบ
• การตรวจสอบคุณภาพทางแสงและโครงสร้างขั้นสุดท้าย

การใช้งานหลัก

• การสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูง (ตัวมอดูเลต 100G–800G)
• โฟโตนิกส์ควอนตัม (การสร้างโฟตอนที่พันกัน, ระบบ QKD)
• โฟโตนิกส์ไมโครเวฟ (การประมวลผลสัญญาณ RF, ระบบ mmWave)
• ออปติกส์แบบไม่เชิงเส้น (การแปลงความถี่, หวีแสง)
• ระบบตรวจวัดแบบบูรณาการ (ตัวกักเก็บเชิงชีวเคมีและเชิงแสง)

ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับ LiNbO₃ แบบจำนวนมาก

ตัวเลือกการปรับแต่ง

การควบคุมคุณภาพ

ความสามารถทางวิศวกรรม

ZMSH ให้การสนับสนุนกระบวนการทั้งหมดสำหรับการพัฒนาเวเฟอร์ LNOI:

• การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบฟิล์มบาง
• วิศวกรรมกระบวนการยึดเกาะเวเฟอร์
• การสนับสนุนการผลิตอุปกรณ์โฟโตนิก
• นาโนฟราบิเคชั่น (EBL / IBE)
• การทดสอบและตรวจสอบความถูกต้องของประสิทธิภาพทางแสง

รองรับทั้งการสร้างต้นแบบสำหรับการวิจัยและพัฒนา และการผลิตแบบเป็นชุดขนาดเล็กที่สามารถขยายได้ถึงแผ่นเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว.

คำถามที่พบบ่อย

LNOI ใช้สำหรับอะไร
แผ่นเวเฟอร์ LNOI ถูกใช้อย่างแพร่หลายในด้านการสื่อสารทางแสง, ควอนตัมโฟโตนิกส์, ออปติกส์เชิงไม่เชิงเส้น, และวงจรโฟโตนิกส์แบบบูรณาการ.

ความหนาของฟิล์มบางโดยทั่วไปคืออะไร
ความหนาของฟิล์มบางลิเธียมไนโอเบตทั่วไปอยู่ระหว่าง 300 นาโนเมตร ถึง 1,000 นาโนเมตร.

ทำไมต้องใช้ LNOI แทนลิเธียมไนโอเบตแบบมวล
LNOI ให้การสูญเสียทางแสงที่ต่ำกว่า ความหนาแน่นในการรวมที่สูงกว่า และการรวมโฟตอนที่เข้ากันได้กับ CMOS.

LNOI สามารถผสานรวมกับซิลิคอนโฟโตนิกส์ได้หรือไม่
ใช่, LNOI สามารถใช้งานร่วมกับแพลตฟอร์มโฟโตนิกซิลิคอนและซิลิคอนไนไตรด์ได้อย่างสมบูรณ์.