8-tums LNOI (LiNbO3 på isolator) wafer för optiska modulatorer, vågledare och integrerade kretsar
Detaljerat diagram
Introduktion
Litiumniobat-on-insulator (LNOI)-skivor är ett banbrytande material som används i olika avancerade optiska och elektroniska tillämpningar. Dessa skivor tillverkas genom att överföra ett tunt lager litiumniobat (LiNbO₃) till ett isolerande substrat, vanligtvis kisel eller annat lämpligt material, med hjälp av sofistikerade tekniker som jonimplantation och waferbonding. LNOI-tekniken delar många likheter med kisel-on-insulator (SOI)-waferteknik men drar nytta av de unika optiska egenskaperna hos litiumniobat, ett material känt för sina piezoelektriska, pyroelektriska och ickelinjära optiska egenskaper.
LNOI-wafers har fått betydande uppmärksamhet inom områden som integrerad optik, telekommunikation och kvantberäkning på grund av deras överlägsna prestanda i högfrekventa och höghastighetstillämpningar. Wafers tillverkas med hjälp av "Smart-cut"-tekniken, vilket möjliggör exakt kontroll över tjockleken på litiumniobat-tunnfilmen, vilket säkerställer att wafers uppfyller de erforderliga specifikationerna för olika tillämpningar.
Princip
Processen att skapa LNOI-wafers börjar med en litiumniobatkristall i bulk. Kristallen genomgår jonimplantation, där högenergiska heliumjoner introduceras i ytan av litiumniobatkristallen. Dessa joner penetrerar kristallen till ett specifikt djup och stör kristallstrukturen, vilket skapar ett bräckligt plan som senare kan användas för att separera kristallen i tunna lager. Heliumjonernas specifika energi styr implantationsdjupet, vilket direkt påverkar tjockleken på det slutliga litiumniobatlagret.
Efter jonimplantation binds litiumniobatkristallen till ett substrat med hjälp av en teknik som kallas waferbonding. Bindningsprocessen använder vanligtvis en direktbindningsmetod, där de två ytorna (den jonimplanterade litiumniobatkristallen och substratet) pressas samman under hög temperatur och tryck för att skapa en stark bindning. I vissa fall kan ett vidhäftande material som bensocyklobuten (BCB) användas för ytterligare stöd.
Efter bindningen genomgår wafern en glödgningsprocess för att reparera eventuella skador orsakade av jonimplantationen och för att förbättra bindningen mellan lagren. Glödgningsprocessen hjälper också det tunna litiumniobatlagret att lossna från den ursprungliga kristallen, vilket lämnar kvar ett tunt, högkvalitativt lager av litiumniobat som kan användas för tillverkning av komponenter.
Specifikationer
LNOI-wafers kännetecknas av flera viktiga specifikationer som säkerställer deras lämplighet för högpresterande applikationer. Dessa inkluderar:
Materialspecifikationer
| Material | Specifikationer |
| Material | Homogen: LiNbO3 |
| Materialkvalitet | Bubblor eller inneslutningar <100 μm |
| Orientering | Y-skärning ±0,2° |
| Densitet | 4,65 g/cm³ |
| Curietemperatur | 1142 ±1°C |
| Genomskinlighet | >95 % i området 450–700 nm (10 mm tjocklek) |
Tillverkningsspecifikationer
| Parameter | Specifikation |
| Diameter | 150 mm ±0,2 mm |
| Tjocklek | 350 μm ±10 μm |
| Flathet | <1,3 μm |
| Total tjockleksvariation (TTV) | Warp <70 μm @ 150 mm wafer |
| Lokal tjockleksvariation (LTV) | <70 μm @ 150 mm wafer |
| Grovhet | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS-värde) |
| Ytkvalitet | 40-20 |
| Partiklar (ej borttagbara) | 100–200 μm ≤3 partiklar |
| Pommes frites | <300 μm (hel skiva, ingen exklusionszon) |
| Sprickor | Inga sprickor (hel skiva) |
| Förorening | Inga icke-borttagbara fläckar (hel wafer) |
| Parallellism | <30 bågsekunder |
| Orienteringsreferensplan (X-axel) | 47 ±2 mm |
Applikationer
LNOI-wafers används i en mängd olika tillämpningar tack vare sina unika egenskaper, särskilt inom fotonik, telekommunikation och kvantteknik. Några av de viktigaste tillämpningarna inkluderar:
Integrerad optik:LNOI-wafers används ofta i integrerade optiska kretsar, där de möjliggör högpresterande fotoniska enheter såsom modulatorer, vågledare och resonatorer. De höga ickelinjära optiska egenskaperna hos litiumniobat gör det till ett utmärkt val för tillämpningar som kräver effektiv ljusmanipulation.
Telekommunikation:LNOI-wafers används i optiska modulatorer, vilka är viktiga komponenter i höghastighetskommunikationssystem, inklusive fiberoptiska nätverk. Förmågan att modulera ljus vid höga frekvenser gör LNOI-wafers idealiska för moderna telekommunikationssystem.
Kvantberäkning:Inom kvantteknologier används LNOI-wafers för att tillverka komponenter för kvantdatorer och kvantkommunikationssystem. De ickelinjära optiska egenskaperna hos LNOI utnyttjas för att skapa sammanflätade fotonpar, vilka är avgörande för kvantnyckeldistribution och kvantkryptografi.
Sensorer:LNOI-wafers används i olika sensortillämpningar, inklusive optiska och akustiska sensorer. Deras förmåga att interagera med både ljus och ljud gör dem mångsidiga för olika typer av sensortekniker.
Vanliga frågor
Q:Vad är LNOI-teknik?
A:LNOI-tekniken innebär att en tunn litiumniobatfilm överförs till ett isolerande substrat, vanligtvis kisel. Denna teknik utnyttjar litiumniobats unika egenskaper, såsom dess höga ickelinjära optiska egenskaper, piezoelektricitet och pyroelektricitet, vilket gör den idealisk för integrerad optik och telekommunikation.
Q:Vad är skillnaden mellan LNOI- och SOI-wafers?
A: Både LNOI- och SOI-wafers liknar varandra genom att de består av ett tunt lager material som är bundet till ett substrat. LNOI-wafers använder dock litiumniobat som tunnfilmsmaterial, medan SOI-wafers använder kisel. Den viktigaste skillnaden ligger i egenskaperna hos tunnfilmsmaterialet, där LNOI erbjuder överlägsna optiska och piezoelektriska egenskaper.
Q:Vilka är fördelarna med att använda LNOI-wafers?
A: De främsta fördelarna med LNOI-wafers inkluderar deras utmärkta optiska egenskaper, såsom höga ickelinjära optiska koefficienter, och deras mekaniska hållfasthet. Dessa egenskaper gör LNOI-wafers idealiska för användning i höghastighets-, högfrekventa- och kvantapplikationer.
Q:Kan LNOI-wafers användas för kvantapplikationer?
A: Ja, LNOI-wafers används ofta inom kvantteknologier på grund av deras förmåga att generera sammanflätade fotonpar och deras kompatibilitet med integrerad fotonik. Dessa egenskaper är avgörande för tillämpningar inom kvantberäkning, kommunikation och kryptografi.
Q:Vilken är den typiska tjockleken på LNOI-filmer?
A: LNOI-filmer varierar vanligtvis från några hundra nanometer till flera mikrometer i tjocklek, beroende på den specifika tillämpningen. Tjockleken kontrolleras under jonimplantationsprocessen.
