Обзор

LNOI (Lithium Niobate on Insulator) представляет собой высокопроизводительный фотонический материал.Платформа включенона уровне пластиныинтеграцияОн состоит из одного...кристаллЛитий ниобат (LN) тонкая пленкасоединенные наизоляционный оксидслойи поддерживающий субстрат. Эта структуракомбайныОтличное электрооптическое, нелинейное оптическое и низко-потеря передача свойства, что делает его ключевым материалом для фотоника следующего поколенияинтегрированный схемы(ПИК).

СтруктураСпецификации

Какиллюстрированныйнастраница 3 PDF, у ЛНОИ есть три...слойструктура:

• Сверхуслой: LN тонкая пленка (300~600 нм)
• Среднийслой: SiO2 (215 μm)
• Нижняя подложка: Си, СиС, сапфир или кварц

Доступноконфигурации:

• Размер вафеля: 4 / 6 / 8 дюймов (масштабируемая дорожная карта)
• Кристалл ориентация: Z-разрез, X-разрез, Y-разрез,поворачиваетсяУдаление в Y
• Допингварианты: MgO (5 mol%), Er (1 mol%), и т.д.

Ключевые показателиПараметры

Для6-дюймовые пластинки(см. страницу 6):

• Толщина тонкой пленки: 300-600 нм
• Толщинаизменение: ≤ 40 нм
• Поверхностьгрубость: ~0,19 нм RMS (результат испытания на странице 5)
• Дефектконтроль:
  • Пустоты (> 10 мкм): < 80
  • Частицы (> 0,3 мкм): < 200

Для8-дюймовые пластинки(страница 9):

• Толщинаизменениедиапазон: ~ 7,04 нм
• Пробелы: < 100
• Процесс непрерывнооптимизированный

Оптические и электрооптические характеристики

На основе испытанийданные(Страница 8):

• Пропускная способность модуляции: > 67 ГГц
• Электрооптикаэффективность(Vπ·L): ~2,1 V·cm
• Сверхнизкооптическаяпотеря(ширина линии ~ 0,78 pm)

Этохарактеристики показатьОтличнопригодностьдля высокоскоростных и низкоскоростныхпотеряфотоническийустройства.

Заявления

• Фотонические интегральные схемы (PIC)
• Высокоскоростные оптические модуляторы (100G/400G/800G+)
• Микроволновая фотоника
• Нелинейная оптика (преобразование частот, OPO и т.д.)
• Квантовая фотоника и точные датчики

Ключевые преимущества

• Сильный электрооптический эффект Покельса
• Ультранизкая потеря распространения
• Гетерогенная интеграция, совместимая с CMOS
• Размещается на большие размерности пластинок (до 8 дюймов)

СвойстваЛНОИ вафля

Изготовление литий-ниобата на изоляторах (LNOI) включает в себя сложную серию этапов, которые сочетают в себе материаловедение и передовые методы изготовления.Процесс направлен на создание тонкой, высококачественная пленка ниобата лития (LiNbO3), привязанная к изоляционной подложке, такой как кремний или сам ниобат лития.

Шаг 1: Имплантация ионов

Первый шаг в производстве пластин LNOI включает в себя имплантацию ионов.Машина имплантации ионов ускоряет ионы гелия., которые проникают в кристалл ниобата лития на определенную глубину.

Энергия ионов гелия тщательно контролируется, чтобы достичь желаемой глубины в кристалле.вызывая атомные сбои, которые приводят к образованию ослабленной плоскостиЭтот слой в конечном итоге позволит кристаллу разделиться на два отдельных слоя,где верхний слой (называемый слоем А) становится тонкой литиевой ниобатной пленкой, необходимой для LNOI.

Толщина этой тонкой пленки напрямую зависит от глубины имплантации, которая контролируется энергией ионов гелия.что имеет решающее значение для обеспечения единообразия в финальной пленке.

Шаг 2: Подготовка субстрата

Как только процесс имплантации ионов завершится, следующим шагом будет подготовка субстрата, который будет поддерживать тонкую литиевую ниобатную пленку.Общие материалы субстрата включают кремний (Si) или литий ниобат (LN) сам по себеСубстрат должен обеспечивать механическую поддержку тонкой пленки и обеспечивать долгосрочную стабильность во время последующих этапов обработки.

Для подготовки субстрата, a SiO₂ (silicon dioxide) insulating layer is typically deposited onto the surface of the silicon substrate using techniques such as thermal oxidation or PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)В некоторых случаях, если слой SiO2 недостаточно гладкий, он может быть изолирован.Процесс химической механической полировки (CMP) применяется для обеспечения равномерности поверхности и готовности к процессу склеивания..

Шаг 3: Связывание тонкой пленкой

После подготовки субстрата следующим шагом является привязка тонкой пленки ниобата лития (слой А) к субстрату.переворачивается на 180 градусов и помещается на подготовленный субстратПроцесс связывания обычно осуществляется с использованием метода связывания пластин.

При склеивании пластинок кристалл ниобата лития и субстрат подвергаются высокому давлению и температуре, что приводит к сильному склеиванию двух поверхностей.Процесс прямого склеивания обычно не требует никаких клеящих материаловВ исследовательских целях бензоциклобутен (BCB) может использоваться в качестве промежуточного связующего материала для обеспечения дополнительной поддержки,хотя обычно не используется в коммерческом производстве из-за его ограниченной долгосрочной стабильности.

Шаг 4: Отжигание и разделение слоев

После процесса склеивания склеенная пластина проходит обработку отжигом.а также для восстановления повреждений, вызванных процессом имплантации ионов.

Во время отжига склеенный пластинка нагревается до определенной температуры и поддерживается на этой температуре в течение определенного периода времени.Этот процесс не только укрепляет межповерхностные связи, но и вызывает образование микропузырей в ионном слоеЭти пузыри постепенно приводят к отделению слоя ниобата лития (слой А) от оригинального большого кристалла ниобата лития (слой В).

После того, как происходит разделение, механические инструменты используются для разделения двух слоев, оставляя на подложке тонкую высококачественную пленку ниобата лития (слой А).Температура постепенно снижается до комнатной температуры, завершая процесс отжига и отделения слоев.

Шаг 5: Плонировка CMP

После отделения слоя ниобата лития поверхность пластинки LNOI, как правило, грубая и неровная.вафель проходит окончательный процесс химической механической полировки (CMP). CMP сглаживает поверхность пластины, удаляя оставшуюся шероховатость и обеспечивая плоскость тонкой пленки.

Процесс CMP имеет важное значение для получения высококачественной отделки на пластине, что имеет решающее значение для последующего изготовления устройства.часто с грубостью (Rq) менее 0.5 нм, измеренные с помощью микроскопии атомных сил (AFM).

1. Вопрос: литий танталат то же самое, что литий ниобат? - Что?

Ответ: Нет. Танталат лития (LiTaO3) и ниобат лития (LiNbO3) представляют собой различные материалы с различным химическим составом (Ta vs.Nb) но имеют схожую кристаллическую структуру (пространственная группа R3c) и ферроэлектрические свойства.

2. Вопрос: Литий-ниобат - это перовскит? - Что?

Ответ: Нет. Ниобат лития кристаллизуется в неперовскитной структуре (пространственная группа R3c), отличающейся от канонической структуры перовскита ABX3. Тем не менее, он проявляет подобное перовскиту ферроэлектрическое поведение из-за своей октаэдрической структуры кислорода, подобной ABO3.