Übersicht

LNOI (Lithium Niobate on Insulator) ist ein leistungsstarkes photonisches MaterialPlattform aktiviertdurch Wafer-Ebene heterogenIntegrationEs besteht aus einem einzigen...KristallLithiumniobat (LN) DünnfolieVerknüpft aufmit einem Gehalt an Kohlenwasserstoffen von mehr als 10 GHTSchichtund ein Trägersubstrat.Maschinen und GeräteSie ist eine ausgezeichnete elektrooptische, nichtlineare optische und geringeVerlust Übertragung Eigenschaften, was es zu einem Schlüsselmaterial für die nächste Generation von Photonik machtintegriert Schaltkreise(PICs)

Struktur undSpezifikationen

Alsmit BildernaufSeite 3 des PDF, die LNOI-Wafer hat eine drei-SchichtStruktur:

• ObersteSchicht: LN dünner Film (300~600 nm)
• MittlererSchicht: SiO2 (215 μm)
• Bodenunterlage: Si, SiC, Saphir oder Quarz

ErhältlichKonfigurationen:

• Wafergröße: 4 Zoll / 6 Zoll / 8 Zoll (skalierbare Roadmap)
• Kristall OrientierungZ-Schnitt, X-Schnitt, Y-Schnitt,DrehteY-Schnitt
• DopingOptionen: MgO (5 mol%), Er (1 mol%), usw.

SchlüsselleistungParameter

Für6 Zoll Wafer(siehe Seite 6):

• Dicke der Dünnschicht: 300~600 nm
• StärkeAbweichung: ≤ 40 nm
• OberflächeRauheit: ~ 0,19 nm RMS (Testresultat auf Seite 5)
• FehlerKontrolle:
  • Hohlräume (> 10 μm): < 80
  • Partikel (> 0,3 μm): < 200

Für8 Zoll Wafer(Seite 9):

• StärkeAbweichungBereich: ~ 7,04 nm
• Leerstellen: < 100
• Verfahren ständigOptimiert

Optische und elektrooptische Leistung

Auf der Grundlage der PrüfungDaten(Seite 8):

• Modulationsbandbreite: > 67 GHz
• ElektrooptikEffizienz(Vπ·L): ~ 2,1 V·cm
• Ultra-niedrige OptikVerlust(Linienbreite ~ 0,78 Uhr)

DieseEigenschaften BeweisenAusgezeichnetEignungfür Hochgeschwindigkeits- undVerlustphotonischeGeräte.

Anwendungen

• Photonische integrierte Schaltungen (PIC)
• Hochgeschwindigkeitsoptische Modulatoren (100G/400G/800G+)
• Mikrowellenphotonik
• Nichtlineare Optik (Frequenzumwandlung, OPO usw.)
• Quantenphotonik und Präzisionserkennung

Wichtige Vorteile

• Ein starker Pockels-Effekt
• Ultra-niedriger Vermehrungsverlust
• CMOS-kompatible heterogene Integration
• Skalierbar auf große Wafergrößen (bis zu 8 Zoll)

Eigenschaften vonLNOI Wafer

Die Herstellung von Lithiumniobat auf Isolator (LNOI) -Wafern beinhaltet eine anspruchsvolle Reihe von Schritten, die Materialwissenschaft und fortschrittliche Herstellungstechniken kombinieren.Das Verfahren zielt darauf ab, eine dünne, eine hochwertige Lithiumniobat (LiNbO3) -Folie, die an ein Isoliersubstrat, wie Silizium oder Lithiumniobat selbst, gebunden wird.

Schritt 1: Ionenimplantation

Der erste Schritt bei der Herstellung von LNOI-Wafern ist die Ionenimplantation.Die Ionenimplantationsmaschine beschleunigt die Helium-Ionen., die den Lithiumniobat-Kristall bis zu einer bestimmten Tiefe durchdringen.

Die Energie der Helium-Ionen wird sorgfältig gesteuert, um die gewünschte Tiefe im Kristall zu erreichen.Verursacht atomare Störungen, die zur Bildung einer geschwächten Ebene führenDiese Schicht ermöglicht es, den Kristall schließlich in zwei verschiedene Schichten zu spalten.wobei die obere Schicht (nachfolgend als Schicht A bezeichnet) zum dünnen Lithiumniobatfilm wird, der für LNOI benötigt wird.

Die Dicke dieser dünnen Folie wird direkt durch die Implantationstiefe beeinflusst, die durch die Energie der Helium-Ionen gesteuert wird.Das ist entscheidend, um die Einheitlichkeit des letzten Films zu gewährleisten..

Schritt 2: Substratvorbereitung

Nach Abschluss des Ionenimplantationsprozesses ist der nächste Schritt, das Substrat vorzubereiten, das den dünnen Lithiumniobatfilm stützt.Häufige Substratmaterialien sind Silizium (Si) oder Lithiumniobat (LN) selbstDas Substrat muß die dünne Folie mechanisch stützen und die langfristige Stabilität während der nachfolgenden Verarbeitungsschritte gewährleisten.

Um das Substrat vorzubereiten, 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)Diese Schicht dient als Isoliermedium zwischen dem Lithiumniobatfilm und dem Siliziumsubstrat.ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) -Verfahren angewendet wird, um sicherzustellen, dass die Oberfläche einheitlich und für den Bindungsprozess bereit ist.

Schritt 3: Dünnschichtbindung

Nach der Vorbereitung des Substrats ist der nächste Schritt, den dünnen Lithiumniobatfilm (Schicht A) an das Substrat zu binden.wird um 180° gedreht und auf das vorbereitete Substrat gelegtDer Bindungsprozess erfolgt typischerweise mit einer Wafer-Bindungstechnik.

Bei der Waferbindung werden sowohl der Lithiumniobat-Kristall als auch das Substrat einem hohen Druck und einer hohen Temperatur ausgesetzt, wodurch die beiden Oberflächen stark zusammenhalten.Bei der direkten Verklebung ist in der Regel kein Klebstoff erforderlichFür Forschungszwecke kann Benzozyklobuten (BCB) als Zwischenbindungsmaterial verwendet werden, um zusätzliche Unterstützung zu bieten.Obwohl es aufgrund seiner begrenzten langfristigen Stabilität normalerweise nicht in der kommerziellen Produktion verwendet wird.

Schritt 4: Aufheizung und Schichtspaltung

Nach dem Bindungsprozess wird die gebundene Wafer einer Glühbehandlung unterzogen, die entscheidend für die Verbesserung der Bindungsfestigkeit zwischen der Lithiumniobatschicht und dem Substrat ist.sowie für die Reparatur von Schäden, die durch den Ionenimplantationsprozess verursacht werden.

Während des Glühens wird die gebundene Wafer auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und für eine gewisse Zeit bei dieser Temperatur gehalten.Dieser Prozess stärkt nicht nur die Schnittstellenbindungen, sondern führt auch zur Bildung von Mikroblasen in der im Ionen implantierten SchichtDiese Blasen führen allmählich dazu, dass sich die Lithiumniobatschicht (Schicht A) vom ursprünglichen Lithiumniobatschmierkristall (Schicht B) trennt.

Sobald die Trennung erfolgt ist, werden die beiden Schichten mit mechanischen Werkzeugen getrennt, wodurch ein dünner, hochwertiger Lithiumniobatfilm (Schicht A) auf dem Substrat zurückbleibt.Die Temperatur wird allmählich auf Raumtemperatur reduziert., wodurch das Glühen und die Schichttrennung abgeschlossen werden.

Schritt 5: Planalisierung der CMP

Nach der Trennung der Lithiumniobatschicht ist die Oberfläche der LNOI-Wafer typischerweise rau und uneben.die Wafer wird einem endgültigen chemisch-mechanischen Polierverfahren (CMP) unterzogen. CMP glättet die Oberfläche der Wafer, beseitigt die verbleibende Rauheit und sorgt dafür, daß die dünne Folie eben ist.

Das CMP-Verfahren ist unerlässlich, um eine hochwertige Oberfläche auf dem Wafer zu erhalten, die für die spätere Herstellung des Geräts von entscheidender Bedeutung ist.Häufig mit einer Rauheit (Rq) von weniger als 0.5 nm gemessen durch Atomkraftmikroskopie (AFM).

1F: Ist Lithium-Tantalat das gleiche wie Lithium-Niobat?- Ich weiß.

A: Nein. Lithiumtantalat (LiTaO3) und Lithiumniobat (LiNbO3) sind verschiedene Stoffe mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung (Ta vs.Nb) haben jedoch eine ähnliche Kristallstruktur (R3c-Raumgruppe) und ferroelektrische Eigenschaften.

2F: Ist Lithiumniobat ein Perovskit?- Ich weiß.

A: Nein. Lithiumniobat kristallisiert in einer nicht-Perovskitstruktur (R3c-Raumgruppe), die sich von der kanonischen ABX3-Perovskitstruktur unterscheidet. Es zeigt jedoch ein perovskitähnliches ferroelektrisches Verhalten aufgrund seines ABO3-ähnlichen Sauerstoff-Octaederrahmens.