Oblea LNOI de 8 polgadas (LiNbO3 sobre illante) para moduladores ópticos, guías de onda e circuítos integrados
Diagrama detallado
Introdución
As obleas de niobato de litio sobre illante (LNOI) son un material de vangarda empregado en diversas aplicacións ópticas e electrónicas avanzadas. Estas obleas prodúcense transferindo unha fina capa de niobato de litio (LiNbO₃) a un substrato illante, normalmente silicio ou outro material axeitado, mediante técnicas sofisticadas como a implantación de ións e a unión de obleas. A tecnoloxía LNOI comparte moitas semellanzas coa tecnoloxía de obleas de silicio sobre illante (SOI), pero aproveita as propiedades ópticas únicas do niobato de litio, un material coñecido polas súas características piezoeléctricas, piroeléctricas e ópticas non lineais.
As obleas de LNOI recibiron unha atención significativa en campos como a óptica integrada, as telecomunicacións e a computación cuántica debido ao seu rendemento superior en aplicacións de alta frecuencia e alta velocidade. As obleas prodúcense mediante a técnica "Smart-cut", que permite un control preciso do grosor da película fina de niobato de litio, garantindo que as obleas cumpran as especificacións requiridas para diversas aplicacións.
Principio
O proceso de creación de obleas LNOI comeza cun cristal de niobato de litio a granel. O cristal sofre unha implantación iónica, onde se introducen ións de helio de alta enerxía na superficie do cristal de niobato de litio. Estes ións penetran no cristal a unha profundidade específica e alteran a estrutura cristalina, creando un plano fráxil que posteriormente se pode usar para separar o cristal en capas finas. A enerxía específica dos ións de helio controla a profundidade de implantación, o que inflúe directamente no grosor da capa final de niobato de litio.
Despois da implantación de ións, o cristal de niobato de litio únese a un substrato mediante unha técnica chamada unión de obleas. O proceso de unión adoita empregar un método de unión directa, no que as dúas superficies (o cristal de niobato de litio implantado con ións e o substrato) se presionan xuntas a alta temperatura e presión para crear unha unión forte. Nalgúns casos, pódese usar un material adhesivo como o benzociclobuteno (BCB) para un soporte adicional.
Despois da unión, a oblea sométese a un proceso de recocido para reparar calquera dano causado pola implantación de ións e para mellorar a unión entre as capas. O proceso de recocido tamén axuda a que a fina capa de niobato de litio se desprenda do cristal orixinal, deixando atrás unha fina capa de niobato de litio de alta calidade que se pode usar para a fabricación de dispositivos.
Especificacións
As obleas LNOI caracterízanse por varias especificacións importantes que garanten a súa idoneidade para aplicacións de alto rendemento. Estas inclúen:
Especificacións de materiais
| Material | Especificacións |
| Material | Homoxéneo: LiNbO3 |
| Calidade do material | Burbullas ou inclusións <100 μm |
| Orientación | Corte en Y ±0,2° |
| Densidade | 4,65 g/cm³ |
| Temperatura de Curie | 1142 ±1 °C |
| Transparencia | >95 % no rango de 450-700 nm (10 mm de espesor) |
Especificacións de fabricación
| Parámetro | Especificación |
| Diámetro | 150 mm ±0,2 mm |
| Espesor | 350 μm ±10 μm |
| Planitude | <1,3 μm |
| Variación total do espesor (TTV) | Deformación <70 μm a unha oblea de 150 mm |
| Variación local do espesor (VLO) | <70 μm a 150 mm de oblea |
| Rugosidade | Rq ≤0,5 nm (valor RMS do AFM) |
| Calidade da superficie | 40-20 |
| Partículas (non extraíbles) | 100-200 μm ≤3 partículas |
| Patacas fritas | <300 μm (oblea completa, sen zona de exclusión) |
| Gretas | Sen fendas (oblea completa) |
| Contaminación | Sen manchas non eliminables (oblea completa) |
| Paralelismo | <30 segundos de arco |
| Plano de referencia de orientación (eixe X) | 47 ±2 mm |
Aplicacións
As obleas LNOI utilízanse nunha ampla gama de aplicacións debido ás súas propiedades únicas, especialmente nos campos da fotónica, as telecomunicacións e as tecnoloxías cuánticas. Algunhas das aplicacións clave inclúen:
Óptica integrada:As obleas LNOI úsanse amplamente en circuítos ópticos integrados, onde permiten dispositivos fotónicos de alto rendemento como moduladores, guías de onda e resonadores. As altas propiedades ópticas non lineais do niobato de litio convérteno nunha excelente opción para aplicacións que requiren unha manipulación eficiente da luz.
Telecomunicacións:As obleas LNOI utilízanse en moduladores ópticos, que son compoñentes esenciais nos sistemas de comunicación de alta velocidade, incluídas as redes de fibra óptica. A capacidade de modular a luz a altas frecuencias fai que as obleas LNOI sexan ideais para os sistemas de telecomunicacións modernos.
Computación cuántica:Nas tecnoloxías cuánticas, as obleas LNOI utilízanse para fabricar compoñentes para ordenadores cuánticos e sistemas de comunicación cuántica. As propiedades ópticas non lineais do LNOI aprovéitanse para crear pares de fotóns entrelazados, que son fundamentais para a distribución de claves cuánticas e a criptografía cuántica.
Sensores:As obleas LNOI utilízanse en diversas aplicacións de detección, incluíndo sensores ópticos e acústicos. A súa capacidade para interactuar tanto coa luz como co son fainas versátiles para diferentes tipos de tecnoloxías de detección.
Preguntas frecuentes
Q:Que é a tecnoloxía LNOI?
A tecnoloxía LNOI implica a transferencia dunha fina película de niobato de litio sobre un substrato illante, normalmente silicio. Esta tecnoloxía aproveita as propiedades únicas do niobato de litio, como as súas altas características ópticas non lineais, a piezoelectricidade e a piroelectricidade, o que o fai ideal para a óptica integrada e as telecomunicacións.
Q:Cal é a diferenza entre as obleas LNOI e SOI?
R: Tanto as obleas LNOI como as SOI son similares no sentido de que constan dunha fina capa de material unida a un substrato. Non obstante, as obleas LNOI usan niobato de litio como material de película fina, mentres que as obleas SOI usan silicio. A diferenza fundamental reside nas propiedades do material de película fina, xa que o LNOI ofrece propiedades ópticas e piezoeléctricas superiores.
Q:Cales son as vantaxes de usar obleas LNOI?
R: As principais vantaxes das obleas LNOI inclúen as súas excelentes propiedades ópticas, como os altos coeficientes ópticos non lineais, e a súa resistencia mecánica. Estas características fan que as obleas LNOI sexan ideais para o seu uso en aplicacións de alta velocidade, alta frecuencia e cuánticas.
Q:Pódense usar as obleas LNOI para aplicacións cuánticas?
R: Si, as obleas LNOI úsanse amplamente nas tecnoloxías cuánticas debido á súa capacidade para xerar pares de fotóns entrelazados e á súa compatibilidade coa fotónica integrada. Estas propiedades son cruciais para aplicacións en computación cuántica, comunicación e criptografía.
Q:Cal é o grosor típico das películas de LNOI?
A: As películas de LNOI adoitan ter un grosor que vai duns centos de nanómetros a varios micrómetros, dependendo da aplicación específica. O grosor contrólase durante o proceso de implantación de ións.
