LNOI

Introdução

Os cristais de LiNbO3 são amplamente utilizados como duplicadores de frequência para comprimentos de onda > 1um e osciladores paramétricos ópticos (OPOs) bombeados a 1064 nm, bem como dispositivos de fase quase casada (QPM). Devido aos seus grandes coeficientes Eletro-Ópticos (E-O) e Acousto-Ópticos (A-O), o cristal de LiNbO3 é o material mais comumente usado para Células de Pockel, Q-switches e moduladores de fase, substrato de guia de ondas e wafers de ondas acústicas de superfície (SAW), etc.

Nossa vasta experiência em crescimento e produção em massa de Niobato de Lítio de grau Óptico, tanto em boules quanto em wafers. Estamos equipados com instalações avançadas para crescimento de cristais, corte, lapidação de wafers, polimento e verificação, todos os produtos acabados são aprovados em Testes de temperatura de Curie e inspeção de controle de qualidade. Todos os wafers estão sob rigoroso controle de qualidade e inspeção. E também sob rigoroso controle de limpeza de superfície e planicidade.

Especificação

Propriedades​​

A fabricação de wafers de Niobato de Lítio em Isolante (LNOI) envolve uma série sofisticada de etapas que combinam ciência dos materiais e técnicas avançadas de fabricação. O processo visa criar uma fina película de niobato de lítio (LiNbO₃) de alta qualidade, ligada a um substrato isolante, como silício ou o próprio niobato de lítio. A seguir, uma explicação detalhada do processo:

Etapa 1: Implantação Iônica

A primeira etapa na produção de wafers LNOI envolve a implantação iônica. Um cristal de niobato de lítio a granel é submetido a íons de hélio (He) de alta energia injetados em sua superfície. A máquina de implantação iônica acelera os íons de hélio, que penetram no cristal de niobato de lítio a uma profundidade específica.

A energia dos íons de hélio é cuidadosamente controlada para atingir a profundidade desejada no cristal. À medida que os íons viajam pelo cristal, eles interagem com a estrutura da rede do material, causando interrupções atômicas que levam à formação de um plano enfraquecido, conhecido como "camada de implantação". Essa camada eventualmente permitirá que o cristal seja clivado em duas camadas distintas, onde a camada superior (referida como Camada A) se torna a fina película de niobato de lítio necessária para LNOI.

A espessura dessa película fina é diretamente influenciada pela profundidade de implantação, que é controlada pela energia dos íons de hélio. Os íons formam uma distribuição gaussiana na interface, o que é crucial para garantir a uniformidade na película final.

Etapa 2: Preparação do Substrato

Depois que o processo de implantação iônica é concluído, a próxima etapa é preparar o substrato que suportará a fina película de niobato de lítio. Para wafers LNOI, os materiais de substrato comuns incluem silício (Si) ou o próprio niobato de lítio (LN). O substrato deve fornecer suporte mecânico para a película fina e garantir a estabilidade a longo prazo durante as etapas subsequentes de processamento.

Para preparar o substrato, uma camada isolante de SiO₂ (dióxido de silício) é tipicamente depositada na superfície do substrato de silício usando técnicas como oxidação térmica ou PECVD (Deposição Química de Vapor Aprimorada por Plasma). Essa camada serve como o meio isolante entre a película de niobato de lítio e o substrato de silício. Em alguns casos, se a camada de SiO₂ não for suficientemente lisa, um processo de Polimento Químico-Mecânico (CMP) é aplicado para garantir que a superfície seja uniforme e esteja pronta para o processo de ligação.

Etapa 3: Ligação da Película Fina

Após preparar o substrato, a próxima etapa é ligar a fina película de niobato de lítio (Camada A) ao substrato. O cristal de niobato de lítio, após a implantação iônica, é invertido em 180 graus e colocado sobre o substrato preparado. O processo de ligação é tipicamente realizado usando uma técnica de ligação de wafer.

Na ligação de wafer, tanto o cristal de niobato de lítio quanto o substrato são submetidos a alta pressão e temperatura, o que faz com que as duas superfícies adiram fortemente. O processo de ligação direta geralmente não requer nenhum material adesivo, e as superfícies são ligadas em nível molecular. Para fins de pesquisa, o benzociclobuteno (BCB) pode ser usado como um material de ligação intermediário para fornecer suporte adicional, embora geralmente não seja usado na produção comercial devido à sua estabilidade limitada a longo prazo.

Etapa 4: Recozimento e Separação da Camada

Após o processo de ligação, o wafer ligado passa por um tratamento de recozimento. O recozimento é crucial para melhorar a força de ligação entre a camada de niobato de lítio e o substrato, bem como para reparar quaisquer danos causados pelo processo de implantação iônica.

Durante o recozimento, o wafer ligado é aquecido a uma temperatura específica e mantido nessa temperatura por uma certa duração. Esse processo não apenas fortalece as ligações interfaciais, mas também induz a formação de microbolhas na camada implantada por íons. Essas bolhas gradualmente fazem com que a camada de niobato de lítio (Camada A) se separe do cristal de niobato de lítio a granel original (Camada B).

Assim que a separação ocorre, ferramentas mecânicas são usadas para clivar as duas camadas, deixando para trás uma fina película de niobato de lítio de alta qualidade (Camada A) no substrato. A temperatura é gradualmente reduzida à temperatura ambiente, completando o processo de recozimento e separação da camada.

Etapa 5: Planarização CMP

Após a separação da camada de niobato de lítio, a superfície do wafer LNOI é tipicamente áspera e irregular. Para obter a qualidade de superfície necessária, o wafer passa por um processo final de Polimento Químico-Mecânico (CMP). O CMP suaviza a superfície do wafer, removendo qualquer rugosidade restante e garantindo que a película fina seja plana.

O processo CMP é essencial para obter um acabamento de alta qualidade no wafer, o que é crítico para a fabricação subsequente do dispositivo. A superfície é polida a um nível muito fino, muitas vezes com uma rugosidade (Rq) inferior a 0,5 nm, conforme medido por Microscopia de Força Atômica (AFM).

Aplicações do wafer LNOI