8-tommers LNOI (LiNbO3 på isolator) wafer for optiske modulatorer, bølgeledere og integrerte kretser
Detaljert diagram
Introduksjon
Litiumniobat på isolator (LNOI)-wafere er et banebrytende materiale som brukes i en rekke avanserte optiske og elektroniske applikasjoner. Disse wafere produseres ved å overføre et tynt lag med litiumniobat (LiNbO₃) til et isolerende substrat, vanligvis silisium eller et annet passende materiale, ved hjelp av sofistikerte teknikker som ionimplantasjon og waferbinding. LNOI-teknologi har mange likheter med silisium på isolator (SOI)-waferteknologi, men drar nytte av de unike optiske egenskapene til litiumniobat, et materiale kjent for sine piezoelektriske, pyroelektriske og ikke-lineære optiske egenskaper.
LNOI-wafere har fått betydelig oppmerksomhet innen felt som integrert optikk, telekommunikasjon og kvantedatabehandling på grunn av deres overlegne ytelse i høyfrekvente og høyhastighetsapplikasjoner. Wafere produseres ved hjelp av "Smart-cut"-teknikken, som muliggjør presis kontroll over tykkelsen på litiumniobat-tynnfilmen, noe som sikrer at wafere oppfyller de nødvendige spesifikasjonene for ulike applikasjoner.
Prinsipp
Prosessen med å lage LNOI-wafere begynner med en litiumniobatkrystall i bulk. Krystallen gjennomgår ionimplantasjon, hvor høyenergiske heliumioner introduseres i overflaten av litiumniobatkrystallen. Disse ionene trenger inn i krystallen til en bestemt dybde og forstyrrer krystallstrukturen, og skaper et skjørt plan som senere kan brukes til å separere krystallen i tynne lag. Den spesifikke energien til heliumionene kontrollerer implantasjonsdybden, noe som direkte påvirker tykkelsen på det endelige litiumniobatlaget.
Etter ionimplantasjon bindes litiumniobatkrystallen til et substrat ved hjelp av en teknikk som kalles waferbinding. Bindingsprosessen bruker vanligvis en direkte bindingsmetode, der de to overflatene (den ionimplanterte litiumniobatkrystallen og substratet) presses sammen under høy temperatur og trykk for å skape en sterk binding. I noen tilfeller kan et klebende materiale som benzocyklobuten (BCB) brukes for ekstra støtte.
Etter bindingen gjennomgår waferen en glødeprosess for å reparere eventuelle skader forårsaket av ionimplantasjonen og for å forbedre bindingen mellom lagene. Glødeprosessen hjelper også det tynne litiumniobatlaget med å løsne fra den opprinnelige krystallen, og etterlater et tynt lag med litiumniobat av høy kvalitet som kan brukes til fabrikasjon av enheten.
Spesifikasjoner
LNOI-wafere kjennetegnes av flere viktige spesifikasjoner som sikrer at de er egnet for høyytelsesapplikasjoner. Disse inkluderer:
Materialspesifikasjoner
| Materiale | Spesifikasjoner |
| Materiale | Homogen: LiNbO3 |
| Materialkvalitet | Bobler eller inneslutninger <100μm |
| Orientering | Y-snitt ±0,2° |
| Tetthet | 4,65 g/cm³ |
| Curie-temperatur | 1142 ±1°C |
| Åpenhet | >95 % i området 450–700 nm (10 mm tykkelse) |
Produksjonsspesifikasjoner
| Parameter | Spesifikasjon |
| Diameter | 150 mm ±0,2 mm |
| Tykkelse | 350 μm ±10 μm |
| Flathet | <1,3 μm |
| Total tykkelsesvariasjon (TTV) | Varp <70 μm @ 150 mm wafer |
| Lokal tykkelsesvariasjon (LTV) | <70 μm @ 150 mm wafer |
| Ruhet | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS-verdi) |
| Overflatekvalitet | 40-20 |
| Partikler (ikke-avtakbare) | 100–200 μm ≤3 partikler |
| Chips | <300 μm (full wafer, ingen eksklusjonssone) |
| Sprekker | Ingen sprekker (full wafer) |
| Forurensning | Ingen ikke-fjernbare flekker (hele kjeksen) |
| Parallellisme | <30 buesekunder |
| Orienteringsreferanseplan (X-akse) | 47 ±2 mm |
Bruksområder
LNOI-wafere brukes i en rekke bruksområder på grunn av deres unike egenskaper, spesielt innen fotonikk, telekommunikasjon og kvanteteknologi. Noen av de viktigste bruksområdene inkluderer:
Integrert optikk:LNOI-wafere er mye brukt i integrerte optiske kretser, der de muliggjør høyytelses fotoniske enheter som modulatorer, bølgeledere og resonatorer. De høye ikke-lineære optiske egenskapene til litiumniobat gjør det til et utmerket valg for applikasjoner som krever effektiv lysmanipulering.
Telekommunikasjon:LNOI-wafere brukes i optiske modulatorer, som er essensielle komponenter i høyhastighetskommunikasjonssystemer, inkludert fiberoptiske nettverk. Evnen til å modulere lys ved høye frekvenser gjør LNOI-wafere ideelle for moderne telekommunikasjonssystemer.
Kvanteberegning:I kvanteteknologier brukes LNOI-wafere til å lage komponenter for kvantedatamaskiner og kvantekommunikasjonssystemer. De ikke-lineære optiske egenskapene til LNOI utnyttes til å lage sammenfiltrede fotonpar, som er kritiske for kvantenøkkeldistribusjon og kvantekryptografi.
Sensorer:LNOI-wafere brukes i ulike sensorapplikasjoner, inkludert optiske og akustiske sensorer. Deres evne til å samhandle med både lys og lyd gjør dem allsidige for ulike typer sensorteknologier.
Vanlige spørsmål
Q:Hva er LNOI-teknologi?
A:LNOI-teknologi innebærer overføring av en tynn litiumniobatfilm til et isolerende substrat, vanligvis silisium. Denne teknologien utnytter de unike egenskapene til litiumniobat, som dets høye ikke-lineære optiske egenskaper, piezoelektrisitet og pyroelektrisitet, noe som gjør det ideelt for integrert optikk og telekommunikasjon.
Q:Hva er forskjellen mellom LNOI- og SOI-wafere?
A: Både LNOI- og SOI-wafere er like ved at de består av et tynt lag med materiale bundet til et substrat. LNOI-wafere bruker imidlertid litiumniobat som tynnfilmmateriale, mens SOI-wafere bruker silisium. Hovedforskjellen ligger i egenskapene til tynnfilmmaterialet, der LNOI tilbyr overlegne optiske og piezoelektriske egenskaper.
Q:Hva er fordelene med å bruke LNOI-wafere?
A: De viktigste fordelene med LNOI-wafere inkluderer deres utmerkede optiske egenskaper, som høye ikke-lineære optiske koeffisienter, og deres mekaniske styrke. Disse egenskapene gjør LNOI-wafere ideelle for bruk i høyhastighets-, høyfrekvente- og kvanteapplikasjoner.
Q:Kan LNOI-wafere brukes til kvanteapplikasjoner?
A: Ja, LNOI-wafere er mye brukt i kvanteteknologier på grunn av deres evne til å generere sammenfiltrede fotonpar og deres kompatibilitet med integrert fotonikk. Disse egenskapene er avgjørende for applikasjoner innen kvantedatabehandling, kommunikasjon og kryptografi.
Q:Hva er den typiske tykkelsen på LNOI-filmer?
A: LNOI-filmer varierer vanligvis fra noen få hundre nanometer til flere mikrometer i tykkelse, avhengig av den spesifikke applikasjonen. Tykkelsen kontrolleres under ionimplantasjonsprosessen.
