8 დიუმიანი LNOI (LiNbO3 იზოლატორზე) ვაფლი ოპტიკური მოდულატორებისთვის, ტალღის გამტარებისთვის და ინტეგრირებული სქემებისთვის
დეტალური დიაგრამა
შესავალი
ლითიუმის ნიობატის იზოლატორზე (LNOI) დამაგრებული ვაფლები წარმოადგენს ინოვაციურ მასალას, რომელიც გამოიყენება სხვადასხვა მოწინავე ოპტიკურ და ელექტრონულ დანიშნულებაში. ეს ვაფლები მზადდება ლითიუმის ნიობატის (LiNbO₃) თხელი ფენის საიზოლაციო სუბსტრატზე, როგორც წესი, სილიციუმზე ან სხვა შესაფერის მასალაზე გადატანით, ისეთი დახვეწილი ტექნიკის გამოყენებით, როგორიცაა იონური იმპლანტაცია და ვაფლის შეერთება. LNOI ტექნოლოგიას ბევრი მსგავსება აქვს სილიციუმზე იზოლატორზე (SOI) დამაგრებული ვაფლის ტექნოლოგიასთან, მაგრამ იყენებს ლითიუმის ნიობატის უნიკალურ ოპტიკურ თვისებებს, მასალას, რომელიც ცნობილია თავისი პიეზოელექტრული, პიროელექტრული და არაწრფივი ოპტიკური მახასიათებლებით.
მაღალი სიხშირისა და სიჩქარის აპლიკაციებში მათი შესანიშნავი შესრულების გამო, LNOI ვაფლებმა მნიშვნელოვანი ყურადღება მიიპყრო ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ინტეგრირებული ოპტიკა, ტელეკომუნიკაციები და კვანტური გამოთვლები. ვაფლები იწარმოება „ჭკვიანი ჭრის“ ტექნიკის გამოყენებით, რომელიც საშუალებას იძლევა ლითიუმის ნიობატის თხელი ფენის სისქის ზუსტი კონტროლისა, რაც უზრუნველყოფს, რომ ვაფლები აკმაყოფილებდეს სხვადასხვა აპლიკაციებისთვის საჭირო სპეციფიკაციებს.
პრინციპი
LNOI ვაფლების შექმნის პროცესი იწყება ლითიუმის ნიობატის მოცულობითი კრისტალით. კრისტალი განიცდის იონურ იმპლანტაციას, სადაც მაღალი ენერგიის ჰელიუმის იონები შეჰყავთ ლითიუმის ნიობატის კრისტალის ზედაპირზე. ეს იონები აღწევენ კრისტალში გარკვეულ სიღრმემდე და არღვევენ კრისტალურ სტრუქტურას, ქმნიან მყიფე სიბრტყეს, რომლის გამოყენებაც მოგვიანებით შესაძლებელია კრისტალის თხელ ფენებად დასაყოფად. ჰელიუმის იონების სპეციფიკური ენერგია აკონტროლებს იმპლანტაციის სიღრმეს, რაც პირდაპირ გავლენას ახდენს ლითიუმის ნიობატის საბოლოო ფენის სისქეზე.
იონური იმპლანტაციის შემდეგ, ლითიუმის ნიობატის კრისტალი სუბსტრატთან მიმაგრებულია ვაფლის შეერთების ტექნიკის გამოყენებით. შეერთების პროცესი, როგორც წესი, იყენებს პირდაპირი შეერთების მეთოდს, სადაც ორი ზედაპირი (იონში იმპლანტირებული ლითიუმის ნიობატის კრისტალი და სუბსტრატი) მაღალი ტემპერატურისა და წნევის ქვეშ ერთმანეთზე დაწნეხება ძლიერი შეერთების შესაქმნელად. ზოგიერთ შემთხვევაში, დამატებითი საყრდენად შეიძლება გამოყენებულ იქნას წებოვანი მასალა, როგორიცაა ბენზოციკლობუტენი (BCB).
შეერთების შემდეგ, ვაფლი გადის გაცხელების პროცესს, რათა აღდგეს იონური იმპლანტაციით გამოწვეული ნებისმიერი დაზიანება და გაძლიერდეს ფენებს შორის კავშირი. გაცხელების პროცესი ასევე ეხმარება ლითიუმის ნიობატის თხელ ფენას ორიგინალური ბროლისგან მოშორებაში, რის შედეგადაც რჩება ლითიუმის ნიობატის თხელი, მაღალი ხარისხის ფენა, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია მოწყობილობის დასამზადებლად.
სპეციფიკაციები
LNOI ვაფლებს ახასიათებთ რამდენიმე მნიშვნელოვანი სპეციფიკაცია, რაც უზრუნველყოფს მათ მაღალი ხარისხის აპლიკაციებისთვის ვარგისიანობას. ესენია:
მასალის სპეციფიკაციები
| მასალა | სპეციფიკაციები |
| მასალა | ერთგვაროვანი: LiNbO3 |
| მასალის ხარისხი | ბუშტები ან ჩანართები <100μm |
| ორიენტაცია | Y-ის ჭრა ±0.2° |
| სიმჭიდროვე | 4.65 გ/სმ³ |
| კიურის ტემპერატურა | 1142 ±1°C |
| გამჭვირვალობა | >95% 450-700 ნმ დიაპაზონში (10 მმ სისქე) |
წარმოების სპეციფიკაციები
| პარამეტრი | სპეციფიკაცია |
| დიამეტრი | 150 მმ ±0.2 მმ |
| სისქე | 350 მკმ ±10 მკმ |
| სიბრტყე | <1.3 მკმ |
| სისქის სრული ვარიაცია (TTV) | დეფორმაცია <70 მკმ @ 150 მმ ვაფლი |
| ადგილობრივი სისქის ვარიაცია (LTV) | <70 მკმ @ 150 მმ ვაფლი |
| უხეშობა | Rq ≤0.5 ნმ (AFM RMS მნიშვნელობა) |
| ზედაპირის ხარისხი | 40-20 |
| ნაწილაკები (არამოსაშორებელი) | 100-200 მკმ ≤3 ნაწილაკი |
| ჩიფსები | <300 μm (სრული ვაფლი, გამორიცხვის ზონის გარეშე) |
| ბზარები | ბზარების გარეშე (სრული ვაფლი) |
| დაბინძურება | არ ტოვებს არამოხსნად ლაქებს (სრული ვაფლი) |
| პარალელიზმი | <30 რკალური წამი |
| ორიენტაციის საცნობარო სიბრტყე (X-ღერძი) | 47 ±2 მმ |
აპლიკაციები
LNOI ვაფლები მათი უნიკალური თვისებების გამო გამოიყენება ფართო სპექტრის აპლიკაციებში, განსაკუთრებით ფოტონიკის, ტელეკომუნიკაციებისა და კვანტური ტექნოლოგიების სფეროებში. ზოგიერთი ძირითადი გამოყენება მოიცავს:
ინტეგრირებული ოპტიკა:LNOI ვაფლები ფართოდ გამოიყენება ინტეგრირებულ ოპტიკურ სქემებში, სადაც ისინი უზრუნველყოფენ მაღალი ხარისხის ფოტონური მოწყობილობების, როგორიცაა მოდულატორები, ტალღის გამტარები და რეზონატორები, შექმნას. ლითიუმის ნიობატის მაღალი არაწრფივი ოპტიკური თვისებები მას შესანიშნავ არჩევნად აქცევს ისეთი აპლიკაციებისთვის, რომლებიც სინათლის ეფექტურ მანიპულირებას მოითხოვს.
ტელეკომუნიკაციები:LNOI ვაფლები გამოიყენება ოპტიკურ მოდულატორებში, რომლებიც მაღალსიჩქარიანი საკომუნიკაციო სისტემების, მათ შორის ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ქსელების აუცილებელი კომპონენტებია. მაღალი სიხშირეების სინათლის მოდულირების უნარი LNOI ვაფლებს იდეალურს ხდის თანამედროვე სატელეკომუნიკაციო სისტემებისთვის.
კვანტური გამოთვლები:კვანტურ ტექნოლოგიებში LNOI ვაფლები გამოიყენება კვანტური კომპიუტერებისა და კვანტური საკომუნიკაციო სისტემების კომპონენტების დასამზადებლად. LNOI-ის არაწრფივი ოპტიკური თვისებები გამოიყენება ჩახლართული ფოტონების წყვილების შესაქმნელად, რომლებიც კრიტიკულია კვანტური გასაღებების განაწილებისა და კვანტური კრიპტოგრაფიისთვის.
სენსორები:LNOI ვაფლები გამოიყენება სხვადასხვა სენსორულ დანიშნულებაში, მათ შორის ოპტიკურ და აკუსტიკურ სენსორებში. მათი უნარი, ურთიერთქმედება როგორც სინათლესთან, ასევე ხმასთან, მათ მრავალმხრივად აქცევს სენსორული ტექნოლოგიების სხვადასხვა ტიპისთვის.
ხშირად დასმული კითხვები
Q:რა არის LNOI ტექნოლოგია?
A:LNOI ტექნოლოგია გულისხმობს თხელი ლითიუმის ნიობატის ფირის გადატანას იზოლატორულ სუბსტრატზე, როგორც წესი, სილიციუმზე. ეს ტექნოლოგია იყენებს ლითიუმის ნიობატის უნიკალურ თვისებებს, როგორიცაა მისი მაღალი არაწრფივი ოპტიკური მახასიათებლები, პიეზოელექტრობა და პიროელექტრობა, რაც მას იდეალურს ხდის ინტეგრირებული ოპტიკისა და ტელეკომუნიკაციებისთვის.
Q:რა განსხვავებაა LNOI და SOI ვაფლებს შორის?
A: LNOI და SOI ვაფლები მსგავსია იმით, რომ ისინი შედგება სუბსტრატზე მიმაგრებული მასალის თხელი ფენისგან. თუმცა, LNOI ვაფლები თხელფენოვან მასალად ლითიუმის ნიობატს იყენებენ, ხოლო SOI ვაფლები - სილიციუმს. მთავარი განსხვავება თხელიფენოვანი მასალის თვისებებშია, სადაც LNOI უმაღლეს ოპტიკურ და პიეზოელექტრულ თვისებებს გვთავაზობს.
Q:რა უპირატესობები აქვს LNOI ვაფლების გამოყენებას?
A: LNOI ვაფლების მთავარი უპირატესობებია მათი შესანიშნავი ოპტიკური თვისებები, როგორიცაა მაღალი არაწრფივი ოპტიკური კოეფიციენტები და მექანიკური სიმტკიცე. ეს მახასიათებლები LNOI ვაფლებს იდეალურს ხდის მაღალსიჩქარიან, მაღალსიხშირულ და კვანტურ აპლიკაციებში გამოსაყენებლად.
Q:შეიძლება LNOI ვაფლების გამოყენება კვანტური აპლიკაციებისთვის?
დიახ, LNOI ვაფლები ფართოდ გამოიყენება კვანტურ ტექნოლოგიებში ჩახლართული ფოტონური წყვილების გენერირების უნარისა და ინტეგრირებულ ფოტონიკასთან თავსებადობის გამო. ეს თვისებები გადამწყვეტია კვანტური გამოთვლების, კომუნიკაციისა და კრიპტოგრაფიის აპლიკაციებისთვის.
Q:რა არის LNOI ფირების ტიპიური სისქე?
A: LNOI ფირების სისქე, როგორც წესი, რამდენიმე ასეული ნანომეტრიდან რამდენიმე მიკრომეტრამდე მერყეობს, კონკრეტული გამოყენების მიხედვით. სისქე იონური იმპლანტაციის პროცესის დროს კონტროლდება.
