Overzicht

LNOI (Lithium Niobate on Insulator) is een fotonisch materiaal met hoge prestatiesplatform geactiveerddoor waferniveau heterogeenintegratieHet bestaat uit één...kristalLithiumniobate (LN) dunne filmverbonden opeen isolatie-oxidelaagDeze structuur heeft een laag met een ondersteunde ondergrond.combinatiesuitstekende elektro-optische, niet-lineaire optische en lage-Verlies transmissie eigenschappen, waardoor het een belangrijk materiaal voor de volgende generatie fotonischegeïntegreerd circuits(PIC's).

StructuurSpecificaties

Alsgeïllustreerdoppagina 3 van de PDF, de LNOI wafer heeft een drie-laagstructuur:

• Hoogtelaag: LN dunne film (300~600 nm)
• Middenlaag: SiO2 (215 μm)
• Ondergrond: Si, SiC, saffier of kwarts

BeschikbaarConfiguraties:

• Wafergrootte: 4 inch / 6 inch / 8 inch (scalable roadmap)
• Gristal oriëntatieZ-cut, X-cut, Y-cut.gedraaidY-snijden
• Dopingopties: MgO (5 mol%), Er (1 mol%), enz.

Belangrijkste prestatiesParameters

Voor6 inch wafers(zie bladzijde 6):

• Dikte van de dunne film: 300~600 nm
• Diktevariatie: ≤ 40 nm
• Oppervlakteruwheid: ~ 0,19 nm RMS (testresultaat op bladzijde 5)
• Defectcontrole:
  • Hoogtes (> 10 μm): < 80
  • Deeltjes (> 0,3 μm): < 200

Voor8 inch wafers(pagina 9):

• Diktevariatiebereik: ~ 7,04 nm
• Leegte: < 100
• Proces voortdurendgeoptimaliseerd

Optische en elektro-optische prestaties

Gebaseerd op de testgegevens(pagina 8):

• Modulatiebandbreedte: > 67 GHz
• Elektroptische apparatuurefficiëntie(Vπ·L): ~2,1 V·cm
• Ultralaag optischVerlies(lijnbreedte ~ 0,78 pm)

Dezekenmerken demonstrerenUitstekendgeschiktheidvoor hogesnelheids- en lage-Verliesfotonischapparaten.

Toepassingen

• Fotonische geïntegreerde schakelingen (PIC's)
• optische modulatoren voor hoge snelheid (100G/400G/800G+)
• Microwavefotonica
• niet-lineaire optica (frequentiekonversie, OPO, enz.)
• Quantumfotonica en precisie sensing

Belangrijkste voordelen

• Sterk Pockels elektro-optisch effect
• Ultralage voortplantingsverlies
• CMOS-compatibele heterogene integratie
• Scalable tot grote wafergroottes (tot 8 inch)

Eigenschappen vanLNOI-wafer

De vervaardiging van Lithium Niobate on Insulator (LNOI) wafers omvat een geavanceerde reeks stappen die materiaalwetenschappen en geavanceerde fabricagetechnieken combineren.Het doel van het proces is een dunne, een hoogwaardige lithiumniobatenfolie (LiNbO3) die aan een isolatiesubstraat, zoals silicium of lithiumniobaten zelf, is gebonden.

Stap 1: Ionimplantatie

De eerste stap in de productie van LNOI-wafers is het implanteren van ionen.De ionen-implantatie machine versnelt de heliumionen., die het lithiumniobatenkristal tot op een bepaalde diepte doordringen.

De energie van de heliumionen wordt zorgvuldig gecontroleerd om de gewenste diepte in het kristal te bereiken.het veroorzaken van atoomverstoringen die leiden tot de vorming van een verzwakt vlakDeze laag maakt het mogelijk om het kristal in twee lagen te splitsen.waarbij de bovenste laag (laag A genoemd) de dunne lithiumniobatenfolie wordt die nodig is voor LNOI.

De dikte van deze dunne film wordt rechtstreeks beïnvloed door de implantatie diepte, die wordt gecontroleerd door de energie van de heliumionen.Dit is van cruciaal belang voor de uniformiteit van de film..

Stap 2: Voorbereiding van het substraat

Wanneer het proces van ionenimplantatie is voltooid, is de volgende stap het voorbereiden van het substraat dat de dunne lithiumniobatenfilm zal ondersteunen.onder andere silicium (Si) of lithiumniobaat (LN) zelfHet substraat moet de dunne folie mechanisch ondersteunen en de langdurige stabiliteit verzekeren tijdens de volgende bewerkingsstappen.

Om het substraat voor te bereiden, 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)Deze laag fungeert als isolatiemedium tussen de lithiumniobatenfolie en het siliciumsubstraat.een chemisch-mechanisch polijstproces (CMP) wordt toegepast om ervoor te zorgen dat het oppervlak gelijkmatig is en klaar is voor het bindproces.

Stap 3: Kleven met dunne film

Na het voorbereiden van het substraat is de volgende stap om de dunne lithiumniobatenfolie (laag A) aan het substraat te binden.wordt 180 graden omgedraaid en op het bereide substraat geplaatstHet bindproces wordt meestal uitgevoerd met behulp van een waferbindingstechniek.

Bij waferbinding worden zowel het lithiumniobatenkristal als het substraat onderworpen aan hoge druk en temperatuur, waardoor de twee oppervlakken sterk aan elkaar hechten.Het directe bindproces vereist meestal geen kleefstoffenVoor onderzoeksdoeleinden kan benzocyclobuteen (BCB) worden gebruikt als tussenmateriaal om extra steun te bieden.hoewel het doorgaans niet in commerciële productie wordt gebruikt vanwege de beperkte langetermijnstabiliteit.

Stap 4: Groei en laagsplitsing

Na het bindproces ondergaat de gebonden wafer een glansbehandeling.evenals voor het herstellen van eventuele schade veroorzaakt door het proces van ionenimplantatie.

Tijdens het gloeien wordt de gebonden wafer tot een bepaalde temperatuur verwarmd en gedurende een bepaalde periode op die temperatuur gehouden.Dit proces versterkt niet alleen de interfaciale bindingen, maar veroorzaakt ook de vorming van microbubbles in de ionen-geïmplanteerde laagDeze bubbels zorgen er geleidelijk voor dat de lithiumniobatenlaag (laag A) zich afscheidt van het oorspronkelijke lithiumniobatenkristal (laag B).

Zodra de scheiding plaatsvindt, worden de twee lagen met mechanische gereedschappen gesplitst, waardoor een dunne, hoogwaardige lithiumniobatenfilm (laag A) op het substraat achterblijft.De temperatuur wordt geleidelijk verlaagd tot kamertemperatuur, waarbij het gluren en scheiden van de lagen worden voltooid.

Stap 5: CMP-planarisatie

Na het scheiden van de lithiumniobatenlaag is het oppervlak van de LNOI-wafer meestal ruw en ongelijkmatig.de wafer ondergaat een eindproces van chemisch mechanisch polijsten (CMP)CMP gladt het oppervlak van de wafer, verwijdert eventuele overgebleven ruwheid en zorgt ervoor dat de dunne film vlak is.

Het CMP-proces is essentieel voor het verkrijgen van een kwalitatief hoogwaardige afwerking van de wafer, die van cruciaal belang is voor de latere fabricage van het apparaat.vaak met een ruwheid (Rq) van minder dan 0.5 nm gemeten met behulp van Atomic Force Microscopy (AFM).

1. V: Is lithiumtantalaat hetzelfde als lithiumniobat?- Ik weet het niet.

A: Nee. Lithiumtantalaat (LiTaO3) en lithiumniobaat (LiNbO3) zijn verschillende materialen met verschillende chemische samenstellingen (Ta vs.Nb) maar hebben een vergelijkbare kristalstructuur (R3c-ruimtegroep) en ferro-elektrische eigenschappen.

2V: Is lithiumniobate een perovskiet?- Ik weet het niet.

A: Nee. Lithiumniobate kristalliseert in een niet-perovskietstructuur (ruimtegroep R3c), verschillend van de canonieke ABX3-perovskietstructuur. Het vertoont echter een perovskiet-achtig ferro-elektrisch gedrag vanwege zijn ABO3-achtige zuurstof-octaederraamwerk.