絕緣體上鈮酸鋰（LNOI）薄膜晶圓是一種先進的光子基板，廣泛應用於積體光學、微波光子學及量子系統。.
該結構由一層銫鈮酸鋰單晶薄膜組成，該薄膜黏合於 SiO₂ 絕緣層上，並由矽基板支撐。.
此配置具備強大的光學禁閉能力、極低的傳輸損耗以及高電光轉換效率，使其成為整合光子學的關鍵平台。.
何謂薄膜鈮酸鋰（TFLN）
薄膜鈮酸鋰（TFLN）是指專為光波導及電光應用而設計的亞微米級結晶 LiNbO₃ 薄膜。.
與塊狀鈮酸鋰相比，TFLN 能夠實現更強的光學禁閉、更小的元件佔地面積，以及更高的整合密度。.
TFLN 通常部署於 LNOI 晶圓上，以形成完整的整合光子平台。.
主要功能
- 超低光損耗 < 0.05 dB/cm @ 1550 nm
- 高電光係數（r₃₃ 最高可達 90 pm/V）
- 與亞微米波導的相容性（<1 μm）
- 與 Si / SiN 平台相容的 CMOS 整合
- 高熱穩定性（居里溫度約為 1140°C）
- 多種晶體切割方式：X 切面 / Y 切面 / Z 切面
- 晶圓尺寸：3 吋 / 4 吋 / 6 吋 / 8 吋
晶圓結構
| 層 | 材質 | 功能 |
|---|---|---|
| 頂層 | LiNbO₃ 薄膜 (TFLN) | 電光與非線性光學功能 |
| 中間層 | SiO₂（埋入式氧化層） | 光學隔離與束縛 |
| 底層 | 鍺 / 石英 / 藍寶石 | 機械支撐與 CMOS 相容性 |
技術規格
晶圓規格
| 參數 | 價值 |
|---|---|
| 晶圓直徑 | 3 吋、4 吋、6 吋、8 吋 |
| 總厚度 | 525 ± 25 微米 |
| 弓形 | ±50 微米 |
| 翹曲 | <50 微米 |
| LTV | <1.5 微米（5×5 平方毫米，95%） |
鈮酸鋰薄膜層
| 參數 | 價值 |
|---|---|
| 材質 | 單晶 LiNbO₃ |
| 厚度 | 300 奈米 – 1000 奈米 |
| 方位精度 | ±0.5° |
| 表面粗糙度 | Ra < 1 奈米 |
| 接合缺陷 | 無超過 1 公釐的缺陷 |
埋入式氧化層 (SiO₂)
| 參數 | 價值 |
|---|---|
| 材質 | 二氧化矽 |
| 厚度 | 100 奈米 – 2 微米（可客製化） |
| 均一性 | ±5% |
製造流程
LNOI 晶圓採用半導體級製程製造：
- 離子注入用於可控層分離
- 將晶圓鍵合至絕緣基板
- 高溫退火以穩定晶體
- 化學機械拋光（CMP）用於表面平坦化
- 最終光學與結構品質檢驗
主要應用
- 高速光通訊（100G–800G 調變器）
- 量子光子學（糾纏光子生成、量子密鑰分發系統）
- 微波光子學（射頻訊號處理、毫米波系統）
- 非線性光學（頻率轉換、光梳）
- 整合式感測系統（生化與光學共振器）
性能優勢與大塊體 LiNbO₃ 的比較
| 財產 | LiNbO₃ 散裝 | LNOI 薄膜 |
|---|---|---|
| 光損耗 | 更高 | <0.05 dB/cm |
| 整合 | 低 | 高密度光子學 |
| 裝置尺寸 | 大 | 亞微米級 |
| CMOS 相容性 | 不 | 是的 |
| 調製效率 | 中度 | 高（可達 Vπ 約 1V） |
客製化選項
| 選項 | 說明 |
|---|---|
| 水晶切割 | X 切 / Y 切 / Z 切 |
| 薄膜厚度 | 300 奈米 – 1000 奈米 |
| 基板 | 鍺 / 石英 / 藍寶石 |
| 氧化層 | 100 奈米 – 2 微米（客製化） |
| 禁藥 | 現有含MgO的LiNbO₃ |
品質控制
| 測試項目 | 方法 |
|---|---|
| 光損耗 | 波導傳播測試 |
| 表面粗糙度 | 原子力顯微鏡測量 |
| 厚度均勻性 | 地圖系統 |
| 黏合品質 | 紅外線檢測 |
| 平整度 | 晶圓量測 |
工程能力
ZMSH 為 LNOI 晶圓開發提供全流程支援：
- 薄膜設計優化
- 晶圓接合製程工程
- 光子元件製造支援
- 奈米製造（電場刻蝕／離子束刻蝕）
- 光學性能測試與驗證
同時支援研發原型製作，以及最高可支援 8 吋晶圓的可擴展小批量生產。.
常見問題
LNOI 的用途為何
LNOI 晶圓廣泛應用於光通訊、量子光子學、非線性光學以及積體光子電路領域。.
典型的薄膜厚度是多少
典型的鈮酸鋰薄膜厚度範圍為 300 奈米至 1000 奈米。.
為何選擇 LNOI 而不是塊狀鈮酸鋰
LNOI 具備更低的光損耗、更高的整合密度，並可與 CMOS 相容的光子整合技術。.
LNOI 能否與矽光子學整合
是的，LNOI 與矽及氮化矽光子平台完全相容。.
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