8 tommer LNOI (LiNbO3 på isolator) wafer til optiske modulatorer, bølgeledere og integrerede kredsløb
Detaljeret diagram
Indledning
Lithiumniobat på isolator (LNOI) wafere er et banebrydende materiale, der anvendes i forskellige avancerede optiske og elektroniske applikationer. Disse wafere produceres ved at overføre et tyndt lag lithiumniobat (LiNbO₃) til et isolerende substrat, typisk silicium eller et andet egnet materiale, ved hjælp af sofistikerede teknikker som ionimplantation og waferbinding. LNOI-teknologi deler mange ligheder med Silicon on Insulator (SOI) waferteknologi, men udnytter de unikke optiske egenskaber ved lithiumniobat, et materiale kendt for sine piezoelektriske, pyroelektriske og ikke-lineære optiske egenskaber.
LNOI-wafere har fået betydelig opmærksomhed inden for områder som integreret optik, telekommunikation og kvanteberegning på grund af deres overlegne ydeevne i højfrekvente og højhastighedsapplikationer. Waferne produceres ved hjælp af "Smart-cut"-teknikken, som muliggør præcis kontrol over tykkelsen af lithiumniobat-tyndfilmen, hvilket sikrer, at waferne opfylder de krævede specifikationer til forskellige applikationer.
Princip
Processen med at fremstille LNOI-wafere begynder med en bulk-litiumniobatkrystal. Krystallen gennemgår ionimplantation, hvor højenergiske heliumioner introduceres i overfladen af litiumniobatkrystallen. Disse ioner trænger ind i krystallen til en bestemt dybde og forstyrrer krystalstrukturen, hvilket skaber et skrøbeligt plan, der senere kan bruges til at adskille krystallen i tynde lag. Heliumionernes specifikke energi styrer implantationsdybden, hvilket direkte påvirker tykkelsen af det endelige litiumniobatlag.
Efter ionimplantation bindes lithiumniobatkrystallen til et substrat ved hjælp af en teknik kaldet waferbinding. Bindingsprocessen bruger typisk en direkte bindingsmetode, hvor de to overflader (den ionimplanterede lithiumniobatkrystal og substratet) presses sammen under høj temperatur og tryk for at skabe en stærk binding. I nogle tilfælde kan et klæbende materiale som benzocyclobuten (BCB) anvendes til yderligere støtte.
Efter bindingen gennemgår waferen en udglødningsproces for at reparere eventuelle skader forårsaget af ionimplantationen og for at forbedre bindingen mellem lagene. Udglødningsprocessen hjælper også det tynde lithiumniobatlag med at løsne sig fra den oprindelige krystal, hvilket efterlader et tyndt lag af høj kvalitet af lithiumniobat, der kan bruges til fremstilling af enheden.
Specifikationer
LNOI-wafere er karakteriseret ved flere vigtige specifikationer, der sikrer deres egnethed til højtydende applikationer. Disse omfatter:
Materialespecifikationer
| Materiale | Specifikationer |
| Materiale | Homogen: LiNbO3 |
| Materialekvalitet | Bobler eller indeslutninger <100μm |
| Orientering | Y-snit ±0,2° |
| Tæthed | 4,65 g/cm³ |
| Curie-temperatur | 1142 ±1°C |
| Gennemsigtighed | >95% i området 450-700 nm (10 mm tykkelse) |
Produktionsspecifikationer
| Parameter | Specifikation |
| Diameter | 150 mm ±0,2 mm |
| Tykkelse | 350 μm ±10 μm |
| Fladhed | <1,3 μm |
| Total tykkelsesvariation (TTV) | Warp <70 μm @ 150 mm wafer |
| Lokal tykkelsesvariation (LTV) | <70 μm @ 150 mm wafer |
| Ruhed | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS-værdi) |
| Overfladekvalitet | 40-20 |
| Partikler (ikke-aftagelige) | 100-200 μm ≤3 partikler |
| Chips | <300 μm (fuld wafer, ingen udelukkelseszone) |
| Revner | Ingen revner (fuld wafer) |
| Forurening | Ingen ikke-fjernbare pletter (fuld wafer) |
| Parallelisme | <30 buesekunder |
| Orienteringsreferenceplan (X-akse) | 47 ±2 mm |
Applikationer
LNOI-wafere anvendes i en bred vifte af applikationer på grund af deres unikke egenskaber, især inden for fotonik, telekommunikation og kvanteteknologier. Nogle af de vigtigste applikationer inkluderer:
Integreret optik:LNOI-wafere anvendes i vid udstrækning i integrerede optiske kredsløb, hvor de muliggør højtydende fotoniske enheder såsom modulatorer, bølgeledere og resonatorer. Lithiumniobats høje ikke-lineære optiske egenskaber gør det til et fremragende valg til applikationer, der kræver effektiv lysmanipulation.
Telekommunikation:LNOI-wafere bruges i optiske modulatorer, som er essentielle komponenter i højhastighedskommunikationssystemer, herunder fiberoptiske netværk. Evnen til at modulere lys ved høje frekvenser gør LNOI-wafere ideelle til moderne telekommunikationssystemer.
Kvanteberegning:I kvanteteknologier bruges LNOI-wafere til at fremstille komponenter til kvantecomputere og kvantekommunikationssystemer. LNOI's ikke-lineære optiske egenskaber udnyttes til at skabe sammenfiltrede fotonpar, som er afgørende for kvantenøglefordeling og kvantekryptografi.
Sensorer:LNOI-wafere bruges i forskellige sensorapplikationer, herunder optiske og akustiske sensorer. Deres evne til at interagere med både lys og lyd gør dem alsidige til forskellige typer sensorteknologier.
Ofte stillede spørgsmål
Q:Hvad er LNOI-teknologi?
A:LNOI-teknologi involverer overførsel af en tynd lithiumniobatfilm på et isolerende substrat, typisk silicium. Denne teknologi udnytter lithiumniobats unikke egenskaber, såsom dets høje ikke-lineære optiske egenskaber, piezoelektricitet og pyroelektricitet, hvilket gør det ideelt til integreret optik og telekommunikation.
Q:Hvad er forskellen mellem LNOI- og SOI-wafere?
A: Både LNOI- og SOI-wafere ligner hinanden, idet de består af et tyndt lag materiale, der er bundet til et substrat. LNOI-wafere bruger dog lithiumniobat som tyndfilmsmateriale, mens SOI-wafere bruger silicium. Den væsentligste forskel ligger i tyndfilmsmaterialets egenskaber, hvor LNOI tilbyder overlegne optiske og piezoelektriske egenskaber.
Q:Hvad er fordelene ved at bruge LNOI-wafere?
A: De vigtigste fordele ved LNOI-wafere inkluderer deres fremragende optiske egenskaber, såsom høje ikke-lineære optiske koefficienter, og deres mekaniske styrke. Disse egenskaber gør LNOI-wafere ideelle til brug i højhastigheds-, højfrekvente- og kvanteapplikationer.
Q:Kan LNOI-wafere bruges til kvanteapplikationer?
A: Ja, LNOI-wafere anvendes i vid udstrækning i kvanteteknologier på grund af deres evne til at generere sammenfiltrede fotonpar og deres kompatibilitet med integreret fotonik. Disse egenskaber er afgørende for anvendelser inden for kvanteberegning, kommunikation og kryptografi.
Q:Hvad er den typiske tykkelse af LNOI-film?
A: LNOI-film varierer typisk fra et par hundrede nanometer til adskillige mikrometer i tykkelse, afhængigt af den specifikke anvendelse. Tykkelsen kontrolleres under ionimplantationsprocessen.
