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LNOI (Lithium Niobate on Insulator) è un materiale fotonico ad alte prestazionipiattaforma abilitatoper livello di wafer eterogeneointegrazioneSi compone di un singolo...cristallopellicola sottile di niobato di litio (LN)legato suun ossido isolantestratoe un substrato di supporto.Combinazionieccellente elettro-ottica, ottica non lineare, e basso-perdita trasmissione proprietà, rendendolo un materiale chiave per la prossima generazione di fotoniintegrato circuiti(PIC).

StrutturaSpecificità

Comeillustratosupagina 3 del PDF, il wafer LNOI ha un tre-stratostruttura:

• In altostrato: LN pellicola sottile (300~600 nm)
• Mediostrato: SiO2 (215 μm)
• Substrato di fondo: Si, SiC, Zaffiro o Quarzo

Disponibileconfigurazioni:

• Dimensioni dei wafer: 4 / 6 / 8 pollici (roadmap scalabile)
• Crystali orientamentoTaglio Z, taglio X, taglio Y,giratoTaglio in Y
• Dopingopzioni: MgO (5 mol%), Er (1 mol%), ecc.

Prestazioni chiaveParametri

PerWafer da 6 pollici(vedere pagina 6):

• Spessore della pellicola sottile: 300×600 nm
• Spessorevariazione: ≤ 40 nm
• Superficierugosità: ~ 0,19 nm RMS (risultato della prova, pagina 5)
• Difettocontrollo:
  • Valo (> 10 μm): < 80
  • Particelle (> 0,3 μm): < 200

PerWafer da 8 pollici(pagina 9):

• Spessorevariazionegamma: ~ 7,04 nm
• Distanze: < 100
• Processo continuamenteottimizzato

Performance ottica ed elettro-ottica

Sulla base delle provedati(pagina 8):

• Larghezza di banda di modulazione: > 67 GHz
• Altri apparecchi per la produzione di energia elettricaefficienza(Vπ·L): ~2,1 V·cm
• Ottica ultra-bassaperdita(larghezza di linea ~ 0,78 pm)

Questicaratteristiche dimostrareeccellenteidoneitàper autoveicoli ad alta velocità e a bassa velocitàperditafotonicadispositivi.

Applicazioni

• Circuiti integrati fotonici (PIC)
• Modulatori ottici ad alta velocità (100G/400G/800G+)
• Fotonica a microonde
• Optica non lineare (conversione di frequenza, OPO, ecc.)
• Fotonica quantistica e rilevamento di precisione

Principali vantaggi

• Effetto elettro-ottico di Pockels
• Perdite di propagazione ultra-basse
• Integrazione eterogenea compatibile con CMOS
• Scalabile a grandi dimensioni di wafer (fino a 8 pollici)

Proprietà diWafer LNOI

La fabbricazione di wafer di niobato di litio su isolatore (LNOI) comporta una serie sofisticata di passaggi che combinano la scienza dei materiali e le tecniche di fabbricazione avanzate.Il processo mira a creare una, una pellicola di niobato di litio (LiNbO3) di alta qualità legata a un substrato isolante, come il silicio o il niobato di litio stesso.

Fase 1: Implantazione ionica

Il primo passo nella produzione di wafer LNOI consiste nell'impianto di ioni.La macchina per l'impianto di ioni accelera gli ioni di elio., che penetrano il cristallo di niobato di litio ad una certa profondità.

L'energia degli ioni di elio è controllata con cura per raggiungere la profondità desiderata nel cristallo.causando interruzioni atomiche che portano alla formazione di un piano indebolitoQuesto strato permetterà alla fine al cristallo di essere diviso in due strati distinti,dove lo strato superiore (denominato strato A) diventa il sottile film di niobato di litio necessario per l'LNOI.

Lo spessore di questa pellicola sottile è direttamente influenzato dalla profondità di impianto, che è controllata dall'energia degli ioni elio.che è cruciale per garantire l'uniformità nel film finale.

Fase 2: preparazione del substrato

Una volta completato il processo di impianto ionico, il passo successivo è preparare il substrato che sosterrà il sottile film di niobato di litio.i materiali di substrato comuni comprendono il silicio (Si) o il niobato di litio (LN) stessoIl substrato deve fornire un supporto meccanico alla pellicola sottile e garantire la stabilità a lungo termine durante le fasi di lavorazione successive.

Per preparare il 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)Questo strato funge da mezzo isolante tra la pellicola di niobato di litio e il substrato di silicio.viene applicato un processo di lucidatura chimica meccanica (CMP) per garantire che la superficie sia uniforme e pronta per il processo di incollaggio.

Passo 3: legamento con film sottile

Dopo aver preparato il substrato, il passo successivo consiste nel legare il sottile film di niobato di litio (livello A) al substrato.viene voltato a 180 gradi e posto sul substrato preparatoIl processo di legame è tipicamente eseguito utilizzando una tecnica di legame a wafer.

Nel legame dei wafer, sia il cristallo di niobato di litio che il substrato sono sottoposti ad alta pressione e temperatura, il che provoca una forte adesione delle due superfici.Il processo di incollaggio diretto di solito non richiede materiali adesiviAi fini della ricerca, il benzociclobutene (BCB) può essere utilizzato come materiale di legame intermedio per fornire un supporto aggiuntivo,anche se in genere non viene utilizzato nella produzione commerciale a causa della sua limitata stabilità a lungo termine.

Fase 4: ricottura e ripartizione dello strato

Dopo il processo di legame, il wafer legato subisce un trattamento di ricottura.nonché per la riparazione di eventuali danni causati dal processo di impianto ionico.

Durante la ricottura, il wafer legato viene riscaldato a una temperatura specifica e mantenuto a tale temperatura per una certa durata.Questo processo non solo rafforza i legami interfacciali, ma induce anche la formazione di microbubble nello strato impiantato di ioniQueste bolle causano gradualmente la separazione dello strato di niobato di litio (strato A) dal cristallo di niobato di litio (strato B).

Una volta effettuata la separazione, vengono utilizzati strumenti meccanici per separare i due strati, lasciando un sottile film di niobato di litio di alta qualità (strato A) sul substrato.La temperatura viene gradualmente ridotta a temperatura ambiente, completando il processo di ricottura e di separazione degli strati.

Fase 5: Pianificazione CMP

Dopo la separazione dello strato di niobato di litio, la superficie del wafer LNOI è in genere ruvida e irregolare.il wafer subisce un processo finale di lucidatura chimica meccanica (CMP). Il CMP liscia la superficie del wafer, rimuovendo qualsiasi rugosità rimanente e assicurando che il film sottile sia planare.

Il processo CMP è essenziale per ottenere una finitura di alta qualità sul wafer, che è fondamentale per la successiva fabbricazione del dispositivo.spesso con una rugosità (Rq) inferiore a 0.5 nm misurati con la microscopia della forza atomica (AFM).

1D: Il tantalato di litio e il niobato di litio sono la stessa cosa?- Sì.

A: No. Il tantalato di litio (LiTaO3) e il niobato di litio (LiNbO3) sono materiali distinti con composizioni chimiche diverse (Ta vs.Nb) ma hanno una struttura cristallina simile (gruppo spaziale R3c) e proprietà ferroelettriche.

2D: Il niobato di litio è una perovskite?- Sì.

A: No. Il niobato di litio cristallizza in una struttura non perovskitica (gruppo spaziale R3c), diversa dalla struttura canonica ABX3 perovskitica. Tuttavia, mostra un comportamento ferroelettrico simile alla perovskite a causa del suo quadro octaedrico di ossigeno simile a ABO3.