Gambaran umum

LNOI (Lithium Niobate on Insulator) adalah bahan fotonik berkinerja tinggiplatform diaktifkandengan tingkat wafer heterogenintegrasiIni terdiri dari satu...kristalLithium niobate (LN) film tipisterikat ke atasoksida isolasilapisandan substrat pendukung. Struktur inimesin penggilingelektro-optik yang sangat baik, optik nonlinear, dan rendah-kerugian transmisi sifat, menjadikannya bahan kunci untuk generasi berikutnya fotonikterintegrasi sirkuit(PICs).

StrukturSpesifikasi

Sebagaiilustrasipadahalaman 3 dari PDF, wafer LNOI memiliki tiga-lapisanstruktur:

• Di ataslapisan: LN film tipis (300~600 nm)
• Tengahlapisan: SiO2 (215 μm)
• Substrat dasar: Si, SiC, Safir, atau Kuarsa

Tersediakonfigurasi:

• Ukuran wafer: 4-inci / 6-inci / 8-inci (skalan peta jalan)
• Kristal orientasi: Z-cut, X-cut, Y-cut,berputarPotongan Y
• Dopingpilihan: MgO (5 mol%), Er (1 mol%), dll.

Kinerja UtamaParameter

UntukWafer 6 inci(lihat halaman 6):

• Ketebalan film tipis: 300~600 nm
• Ketebalanvariasi: ≤ 40 nm
• Permukaankeropos: ~0,19 nm RMS (hasil tes halaman 5)
• Cacatkontrol:
  • Ruang kosong (> 10 μm): < 80
  • Partikel (> 0,3 μm): < 200

UntukWafer 8 inci(halaman 9):

• Ketebalanvariasikisaran: ~ 7,04 nm
• Ruang kosong: <100
• Proses terus menerusdioptimalkan

Kinerja optik & elektro-optik

Berdasarkan tesdata(halaman 8):

• Modulasi bandwidth: > 67 GHz
• Elektro-optikefisiensi(Vπ·L): ~2,1 V·cm
• Optik ultra-rendahkerugian(lebar garis ~ 0.78 pm)

Inikarakteristik menunjukkansangat bagusKecocokanuntuk kecepatan tinggi dan rendah-kerugianfotonikperangkat.

Aplikasi

• Sirkuit terpadu fotonik (PIC)
• Modulator optik berkecepatan tinggi (100G/400G/800G+)
• Fotonik gelombang mikro
• Optik nonlinear (konversi frekuensi, OPO, dll.)
• Fotonik kuantum dan sensing presisi

Keuntungan Utama

• Efek elektro optik Pockels yang kuat
• Kerugian perbanyakannya sangat rendah
• Integrasi heterogen yang kompatibel dengan CMOS
• Skala ke ukuran wafer besar (hingga 8 inci)

Sifat dariLNOI Wafer

Pembuatan wafer Lithium Niobate on Insulator (LNOI) melibatkan serangkaian langkah canggih yang menggabungkan ilmu material dan teknik pembuatan canggih.Proses ini bertujuan untuk menciptakan, film lithium niobate (LiNbO3) berkualitas tinggi yang diikat ke substrat isolasi, seperti silikon atau lithium niobate itu sendiri.

Tahap 1: Implantasi Ion

Langkah pertama dalam produksi wafer LNOI melibatkan implantasi ion. Kristal niobat lithium massal dikenakan ion helium (He) energi tinggi yang disuntikkan ke permukaannya.Mesin implan ion mempercepat ion helium, yang menembus kristal lithium niobate ke kedalaman tertentu.

Energi ion helium dikendalikan dengan hati-hati untuk mencapai kedalaman yang diinginkan dalam kristal.menyebabkan gangguan atom yang menyebabkan pembentukan pesawat yang melemah, yang dikenal sebagai "lapisan implantasi". Lapisan ini akhirnya akan memungkinkan kristal untuk dipecah menjadi dua lapisan yang berbeda,di mana lapisan atas (disebut sebagai Lapisan A) menjadi film niobat lithium tipis yang dibutuhkan untuk LNOI.

Ketebalan film tipis ini secara langsung dipengaruhi oleh kedalaman implantasi, yang dikendalikan oleh energi ion helium.yang sangat penting untuk memastikan keseragaman dalam film akhir.

Langkah 2: Persiapan substrat

Setelah proses implantasi ion selesai, langkah selanjutnya adalah mempersiapkan substrat yang akan mendukung film niobate lithium tipis.bahan substrat umum termasuk silikon (Si) atau lithium niobate (LN) itu sendiriSubstrat harus memberikan dukungan mekanis untuk film tipis dan memastikan stabilitas jangka panjang selama langkah-langkah pengolahan berikutnya.

Untuk mempersiapkan substrat, 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)Lapisan ini berfungsi sebagai media isolasi antara film lithium niobate dan substrat silikon.proses Chemical Mechanical Polishing (CMP) diterapkan untuk memastikan bahwa permukaan adalah seragam dan siap untuk proses ikatan.

Langkah 3: Pengikatan Film Ringan

Setelah mempersiapkan substrat, langkah selanjutnya adalah untuk mengikat film niobat lithium tipis (Layer A) ke substrat.diputar 180 derajat dan ditempatkan pada substrat yang disiapkanProses ikatan biasanya dilakukan dengan menggunakan teknik ikatan wafer.

Dalam ikatan wafer, kristal niobat lithium dan substratnya mengalami tekanan dan suhu tinggi, yang menyebabkan kedua permukaan melekat kuat.Proses ikatan langsung biasanya tidak memerlukan bahan perekatUntuk tujuan penelitian, benzocyclobutene (BCB) dapat digunakan sebagai bahan pengikat menengah untuk memberikan dukungan tambahan,meskipun biasanya tidak digunakan dalam produksi komersial karena stabilitas jangka panjangnya yang terbatas.

Langkah 4: Penggilingan dan Pembagian Lapisan

Setelah proses ikatan, wafer yang ikatan menjalani perawatan pengelasan. Pengelasan sangat penting untuk meningkatkan kekuatan ikatan antara lapisan niobat lithium dan substrat,juga untuk memperbaiki kerusakan yang disebabkan oleh proses implan ion.

Selama penggilingan, wafer yang diikat dipanaskan ke suhu tertentu dan dipertahankan pada suhu tersebut untuk jangka waktu tertentu.Proses ini tidak hanya memperkuat ikatan antarmuka tetapi juga menginduksi pembentukan microbubbles di lapisan ion yang ditanamGelembung-gelembung ini secara bertahap menyebabkan lapisan lithium niobate (Layer A) untuk terpisah dari kristal lithium niobate bulk asli (Layer B).

Setelah pemisahan terjadi, alat mekanis digunakan untuk memisahkan kedua lapisan, meninggalkan film niobat lithium tipis dan berkualitas tinggi (Layer A) di substrat.Suhu secara bertahap dikurangi ke suhu kamar, menyelesaikan proses penggilingan dan pemisahan lapisan.

Langkah 5: Planarisasi CMP

Setelah lapisan lithium niobate dipisahkan, permukaan wafer LNOI biasanya kasar dan tidak merata.wafer mengalami proses Chemical Mechanical Polishing (CMP) akhirCMP meluruskan permukaan wafer, menghilangkan kekasaran yang tersisa dan memastikan bahwa film tipis rata.

Proses CMP sangat penting untuk mendapatkan finishing berkualitas tinggi pada wafer, yang sangat penting untuk pembuatan perangkat berikutnya.sering dengan kasar (Rq) kurang dari 0.5 nm yang diukur dengan Mikroskopi Kekuatan Atom (AFM).

1T: Apakah lithium tantalate sama dengan lithium niobate?Aku tidak tahu.

A: Tidak Lithium tantalate (LiTaO3) dan lithium niobate (LiNbO3) adalah bahan yang berbeda dengan komposisi kimia yang berbeda (Ta vs.Nb) tetapi memiliki struktur kristal yang sama (kelompok ruang R3c) dan sifat ferroelektrik.

2T: Apakah lithium niobate adalah perovskite?Aku tidak tahu.

A: Tidak Lithium niobate mengkristal dalam struktur non-perovskit (kelompok ruang R3c), berbeda dari struktur perovskit ABX3 kanonik. Namun, ia menunjukkan perilaku ferroelektrik seperti perovskite karena kerangka oktahedral oksigen seperti ABO3.