Oblia LNOI de 8 polzades (LiNbO3 sobre aïllant) per a moduladors òptics, guies d'ona i circuits integrats
Diagrama detallat
Introducció
Les oblies de niobat de liti sobre aïllant (LNOI) són un material d'avantguarda que s'utilitza en diverses aplicacions òptiques i electròniques avançades. Aquestes oblies es produeixen transferint una capa fina de niobat de liti (LiNbO₃) sobre un substrat aïllant, normalment silici o un altre material adequat, mitjançant tècniques sofisticades com la implantació iònica i l'unió d'oblies. La tecnologia LNOI comparteix moltes similituds amb la tecnologia d'oblies de silici sobre aïllant (SOI), però aprofita les propietats òptiques úniques del niobat de liti, un material conegut per les seves característiques piezoelèctriques, piroelèctriques i òptiques no lineals.
Les oblies LNOI han rebut una atenció significativa en camps com l'òptica integrada, les telecomunicacions i la computació quàntica a causa del seu rendiment superior en aplicacions d'alta freqüència i alta velocitat. Les oblies es produeixen mitjançant la tècnica "Smart-cut", que permet un control precís del gruix de la pel·lícula fina de niobat de liti, garantint que les oblies compleixin les especificacions requerides per a diverses aplicacions.
Principi
El procés de creació d'oblies LNOI comença amb un cristall de niobat de liti a granel. El cristall se sotmet a una implantació iònica, on s'introdueixen ions d'heli d'alta energia a la superfície del cristall de niobat de liti. Aquests ions penetren al cristall fins a una profunditat específica i alteren l'estructura cristal·lina, creant un pla fràgil que posteriorment es pot utilitzar per separar el cristall en capes primes. L'energia específica dels ions d'heli controla la profunditat d'implantació, que afecta directament el gruix de la capa final de niobat de liti.
Després de la implantació d'ions, el cristall de niobat de liti s'uneix a un substrat mitjançant una tècnica anomenada unió d'oblees. El procés d'unió normalment utilitza un mètode d'unió directa, on les dues superfícies (el cristall de niobat de liti implantat amb ions i el substrat) es pressionen juntes a alta temperatura i pressió per crear una unió forta. En alguns casos, es pot utilitzar un material adhesiu com el benzociclobutè (BCB) per a un suport addicional.
Després de la unió, l'oblea se sotmet a un procés de recuit per reparar qualsevol dany causat per la implantació d'ions i per millorar la unió entre les capes. El procés de recuit també ajuda a la capa fina de niobat de liti a separar-se del cristall original, deixant enrere una capa fina i d'alta qualitat de niobat de liti que es pot utilitzar per a la fabricació de dispositius.
Especificacions
Les oblies LNOI es caracteritzen per diverses especificacions importants que garanteixen la seva idoneïtat per a aplicacions d'alt rendiment. Aquestes inclouen:
Especificacions del material
| Material | Especificacions |
| Material | Homogeni: LiNbO3 |
| Qualitat del material | Bombolles o inclusions <100 μm |
| Orientació | Tall en Y ±0,2° |
| Densitat | 4,65 g/cm³ |
| Temperatura de Curie | 1142 ±1 °C |
| Transparència | >95% en el rang de 450-700 nm (10 mm de gruix) |
Especificacions de fabricació
| Paràmetre | Especificació |
| Diàmetre | 150 mm ±0,2 mm |
| Gruix | 350 μm ±10 μm |
| Planitud | <1,3 μm |
| Variació total del gruix (TTV) | Deformació <70 μm a 150 mm d'oblia |
| Variació local del gruix (LTV) | <70 μm a 150 mm d'oblia |
| Rugositat | Rq ≤0,5 nm (valor RMS de l'AFM) |
| Qualitat de la superfície | 40-20 |
| Partícules (no extraïbles) | 100-200 μm ≤3 partícules |
| Patates fregides | <300 μm (oblia completa, sense zona d'exclusió) |
| Esquerdes | Sense esquerdes (oblia sencera) |
| Contaminació | Sense taques no eliminables (oblia sencera) |
| Paral·lelisme | <30 segons d'arc |
| Pla de referència d'orientació (eix X) | 47 ±2 mm |
Aplicacions
Les oblies LNOI s'utilitzen en una àmplia gamma d'aplicacions a causa de les seves propietats úniques, particularment en els camps de la fotònica, les telecomunicacions i les tecnologies quàntiques. Algunes de les aplicacions clau inclouen:
Òptica integrada:Les oblies LNOI s'utilitzen àmpliament en circuits òptics integrats, on permeten dispositius fotònics d'alt rendiment com ara moduladors, guies d'ones i ressonadors. Les altes propietats òptiques no lineals del niobat de liti el converteixen en una excel·lent opció per a aplicacions que requereixen una manipulació eficient de la llum.
Telecomunicacions:Les oblies LNOI s'utilitzen en moduladors òptics, que són components essencials en sistemes de comunicació d'alta velocitat, incloses les xarxes de fibra òptica. La capacitat de modular la llum a altes freqüències fa que les oblies LNOI siguin ideals per als sistemes de telecomunicacions moderns.
Computació quàntica:En les tecnologies quàntiques, les oblies LNOI s'utilitzen per fabricar components per a ordinadors quàntics i sistemes de comunicació quàntica. Les propietats òptiques no lineals de l'LNOI s'aprofiten per crear parells de fotons entrellaçats, que són crítics per a la distribució de claus quàntiques i la criptografia quàntica.
Sensors:Les oblies LNOI s'utilitzen en diverses aplicacions de detecció, inclosos sensors òptics i acústics. La seva capacitat d'interactuar amb la llum i el so les fa versàtils per a diferents tipus de tecnologies de detecció.
Preguntes freqüents
Q:Què és la tecnologia LNOI?
A: La tecnologia LNOI implica la transferència d'una fina pel·lícula de niobat de liti sobre un substrat aïllant, normalment silici. Aquesta tecnologia aprofita les propietats úniques del niobat de liti, com ara les seves altes característiques òptiques no lineals, la piezoelectricitat i la piroelectricitat, cosa que el fa ideal per a òptica integrada i telecomunicacions.
Q:Quina diferència hi ha entre les oblies LNOI i SOI?
A: Tant les oblies LNOI com les SOI són similars, ja que consisteixen en una capa fina de material unida a un substrat. Tanmateix, les oblies LNOI utilitzen niobat de liti com a material de pel·lícula fina, mentre que les oblies SOI utilitzen silici. La diferència clau rau en les propietats del material de pel·lícula fina, ja que l'LNOI ofereix propietats òptiques i piezoelèctriques superiors.
Q:Quins són els avantatges d'utilitzar oblies LNOI?
A: Els principals avantatges de les oblies LNOI inclouen les seves excel·lents propietats òptiques, com ara els alts coeficients òptics no lineals, i la seva resistència mecànica. Aquestes característiques fan que les oblies LNOI siguin ideals per al seu ús en aplicacions d'alta velocitat, alta freqüència i quàntiques.
Q:Es poden utilitzar oblies LNOI per a aplicacions quàntiques?
R: Sí, les oblies LNOI s'utilitzen àmpliament en tecnologies quàntiques a causa de la seva capacitat de generar parells de fotons entrellaçats i la seva compatibilitat amb la fotònica integrada. Aquestes propietats són crucials per a aplicacions en computació quàntica, comunicació i criptografia.
Q:Quin és el gruix típic de les pel·lícules de LNOI?
A: Les pel·lícules LNOI solen tenir un gruix que va des d'uns pocs centenars de nanòmetres fins a diversos micròmetres, depenent de l'aplicació específica. El gruix es controla durant el procés d'implantació iònica.
