Resumo

O LNOI (Lithium Niobate on Insulator) é um material fotónico de alto desempenhoplataforma Ativadopor nível de wafer heterogêneointegraçãoÉ constituído por um único...cristalfilme fino de niobato de lítio (LN)ligados para cimaum óxido isolantecamadae um substrato de suporte.CombinatóriosExcelente eletro-óptica, óptica não linear, e baixo-perdas transmissão Propriedades, tornando-se um material chave para a próxima geração fotónicaintegrado circuitos(PICs).

EstruturaEspecificações

ComoilustradoemPágina 3 do PDF, a bolacha do LNOI tem três...camadaEstrutura:

• Em cimacamada: LN filme fino (300 ∼ 600 nm)
• Médiocamada: SiO2 (215 μm)
• Substrato inferior: Si, SiC, safira ou quartzo

DisponívelConfigurações:

• Tamanho da bolacha: 4 polegadas / 6 polegadas / 8 polegadas (roteiro escalável)
• Cristal orientaçãoCortar em Z, cortar em X, cortar em Y,rotadoCorte em Y
• Dopingopções: MgO (5 mol%), Er (1 mol%), etc.

Key PerformanceParâmetros

ParaWafers de 6 polegadas(ver página 6):

• Espessura da película fina: 300×600 nm
• Espessuravariação: ≤ 40 nm
• Superfícierugosidade: ~ 0,19 nm RMS (resultado do ensaio, página 5)
• Defeitocontrolo:
  • Espaços vazios (> 10 μm): < 80
  • Partículas (> 0,3 μm): < 200

ParaWafers de 8 polegadas(página 9):

• EspessuravariaçãoFaixa: ~ 7,04 nm
• Espaços vazios: < 100
• Processo continuamenteOtimizado

Desempenho óptico e eletro-óptico

Baseado no ensaiodados(Página 8):

• Largura de banda de modulação: > 67 GHz
• Electro-ópticoseficiência(Vπ·L): ~2,1 V·cm
• Óptica ultra-baixaperdas(largura de linha ~ 0,78 pm)

EstesCaracterísticas demonstrarExcelenteAdequaçãopara alta velocidade e baixa-perdasfotônicodispositivos.

Aplicações

• Circuitos fotónicos integrados (PIC)
• Moduladores ópticos de alta velocidade (100G/400G/800G+)
• Fotônica de microondas
• Óptica não linear (conversão de frequência, OPO, etc.)
• Fotônica quântica e detecção de precisão

Principais vantagens

• Efeito eletro-óptico Pockels forte
• Perda de propagação ultra-baixa
• Integração heterogênea compatível com CMOS
• Escalabilidade para grandes tamanhos de wafer (até 8 polegadas)

Propriedades deWafer LNOI

A fabricação de wafers de niobato de lítio em isolador (LNOI) envolve uma série sofisticada de etapas que combinam ciência de materiais e técnicas avançadas de fabricação.O processo tem por objectivo criar um, uma película de niobato de lítio (LiNbO3) de alta qualidade ligada a um substrato isolante, como o silício ou o próprio niobato de lítio.

Etapa 1: Implantação de íons

O primeiro passo na produção de wafers LNOI envolve o implante de íons. 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 de íons 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 alcançar a profundidade desejada no cristal.causando perturbações atômicas que levam à formação de um plano enfraquecidoEsta camada vai eventualmente permitir que o cristal seja dividido em duas camadas distintas,onde a camada superior (denominada camada A) torna-se a película fina de niobato de lítio necessária para o LNOI.

A espessura desta película fina é directamente influenciada pela profundidade de implantação, que é controlada pela energia dos íons hélio.que é crucial para garantir a uniformidade no filme final.

Etapa 2: Preparação do substrato

Uma vez concluído o processo de implantação de íons, o próximo passo é preparar o substrato que suportará o filme fino de niobato de lítio.Os materiais de substrato comuns incluem o próprio silício (Si) ou niobato de lítio (LN)O substrato deve fornecer um suporte mecânico para a película fina e garantir a estabilidade a longo prazo durante as etapas de processamento subsequentes.

Para preparar o substrato, 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)Esta camada serve de meio isolante entre a película de niobato de lítio e o substrato de silício.Aplica-se um processo de polimento químico-mecânico (CMP) para garantir que a superfície seja uniforme e pronta para o processo de ligação.

Passo 3: Ligação de filme fino

Após a preparação do substrato, o próximo passo é ligar o filme fino de niobato de lítio (camada A) ao substrato.é virado 180 graus e colocado sobre o substrato preparadoO processo de ligação é normalmente 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 materiais adesivosPara fins de investigação, o benzociclobuteno (BCB) pode ser utilizado como material de ligação intermediário para fornecer um suporte adicional,embora não seja tipicamente utilizado na produção comercial devido à sua limitada estabilidade a longo prazo.

Passo 4: Requeijão e separação de camadas

Após o processo de ligação, a bolacha ligada é submetida a um tratamento de recozimento.bem como para a reparação de qualquer dano causado pelo processo de implantação de íons.

Durante o recozimento, a bolacha ligada é aquecida a uma temperatura específica e mantida nessa temperatura por um determinado período.Este processo não só fortalece as ligações interfaciais, mas também induz a formação de microbolhas na camada implantada por íonsEstas bolhas gradualmente fazem com que a camada de niobato de lítio (camada A) se separe do cristal de niobato de lítio em massa original (camada B).

Após a separação, são utilizadas ferramentas mecânicas para separar as duas camadas, deixando um filme fino 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 de camadas.

Etapa 5: Planarização do CMP

Após a separação da camada de niobato de lítio, a superfície da bolacha LNOI é tipicamente áspera e irregular.a bolacha é submetida a um processo final de polimento químico mecânico (CMP)O CMP suaviza a superfície da bolacha, eliminando qualquer rugosidade remanescente e assegurando que o filme fino seja plano.

O processo CMP é essencial para obter um acabamento de alta qualidade na bolacha, que é fundamental para a fabricação subsequente do dispositivo.frequentemente com uma rugosidade (Rq) inferior a 0.5 nm, medida por microscopia de força atómica (AFM).

1P: O tantalato de lítio é o mesmo que o niobato de lítio?- Não.

A: Não. O tantalato de lítio (LiTaO3) e o niobato de lítio (LiNbO3) são materiais distintos com composições químicas diferentes (Ta vs.Nb) mas partilham uma estrutura cristalina semelhante (grupo espacial R3c) e propriedades ferroeléctricas.

2P: O niobato de lítio é uma perovskita?- Não.

A: Não. O niobato de lítio cristaliza em uma estrutura não-perovskita (grupo espacial R3c), diferente da estrutura canônica de perovskita ABX3. No entanto, ele exibe comportamento ferroelétrico semelhante a perovskita devido à sua estrutura octaédrica de oxigênio semelhante a ABO3.