ویفر 8 اینچی LNOI (LiNbO3 روی عایق) برای مدولاتورهای نوری، موجبرها و مدارهای مجتمع
نمودار تفصیلی
مقدمه
ویفرهای لیتیوم نیوبات روی عایق (LNOI) یک ماده پیشرفته هستند که در کاربردهای مختلف نوری و الکترونیکی پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ویفرها با انتقال یک لایه نازک از لیتیوم نیوبات (LiNbO₃) بر روی یک زیرلایه عایق، معمولاً سیلیکون یا ماده مناسب دیگر، با استفاده از تکنیک‌های پیچیده‌ای مانند کاشت یون و پیوند ویفر تولید می‌شوند. فناوری LNOI شباهت‌های زیادی با فناوری ویفر سیلیکون روی عایق (SOI) دارد، اما از خواص نوری منحصر به فرد لیتیوم نیوبات، ماده‌ای که به دلیل ویژگی‌های پیزوالکتریک، پیروالکتریک و نوری غیرخطی شناخته می‌شود، بهره می‌برد.
ویفرهای LNOI به دلیل عملکرد برترشان در کاربردهای فرکانس بالا و سرعت بالا، در زمینه‌هایی مانند اپتیک یکپارچه، مخابرات و محاسبات کوانتومی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. این ویفرها با استفاده از تکنیک "Smart-cut" تولید می‌شوند که امکان کنترل دقیق ضخامت لایه نازک لیتیوم نیوبات را فراهم می‌کند و تضمین می‌کند که ویفرها مشخصات مورد نیاز برای کاربردهای مختلف را برآورده می‌کنند.
اصل
فرآیند ساخت ویفرهای LNOI با یک کریستال لیتیوم نیوبات حجیم آغاز می‌شود. کریستال تحت عمل کاشت یون قرار می‌گیرد، جایی که یون‌های هلیوم با انرژی بالا به سطح کریستال لیتیوم نیوبات وارد می‌شوند. این یون‌ها تا عمق خاصی به کریستال نفوذ می‌کنند و ساختار کریستال را مختل می‌کنند و یک صفحه شکننده ایجاد می‌کنند که بعداً می‌تواند برای جداسازی کریستال به لایه‌های نازک استفاده شود. انرژی ویژه یون‌های هلیوم، عمق کاشت را کنترل می‌کند که مستقیماً بر ضخامت لایه نهایی لیتیوم نیوبات تأثیر می‌گذارد.
پس از کاشت یون، کریستال لیتیوم نیوبات با استفاده از تکنیکی به نام پیوند ویفری به یک زیرلایه متصل می‌شود. فرآیند اتصال معمولاً از روش اتصال مستقیم استفاده می‌کند، که در آن دو سطح (کریستال لیتیوم نیوبات کاشته شده با یون و زیرلایه) تحت دما و فشار بالا به هم فشرده می‌شوند تا پیوندی قوی ایجاد شود. در برخی موارد، ممکن است از یک ماده چسبنده مانند بنزوسیکلوبوتن (BCB) برای پشتیبانی بیشتر استفاده شود.
پس از اتصال، ویفر تحت فرآیند بازپخت قرار می‌گیرد تا هرگونه آسیب ناشی از کاشت یون را ترمیم کرده و پیوند بین لایه‌ها را افزایش دهد. فرآیند بازپخت همچنین به لایه نازک لیتیوم نیوبات کمک می‌کند تا از کریستال اصلی جدا شود و یک لایه نازک و با کیفیت بالا از لیتیوم نیوبات باقی بماند که می‌تواند برای ساخت دستگاه مورد استفاده قرار گیرد.
مشخصات
ویفرهای LNOI با چندین ویژگی مهم مشخص می‌شوند که مناسب بودن آنها را برای کاربردهای با کارایی بالا تضمین می‌کند. این ویژگی‌ها عبارتند از:
مشخصات مواد ...
| ...مواد ... | ...مشخصات ... |
| مواد | همگن: LiNbO3 |
| کیفیت مواد | حباب یا ناخالصی <100μm |
| جهت گیری | برش Y ±0.2° |
| تراکم | ۴.۶۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب |
| دمای کوری | ۱۱۴۲ ±۱ درجه سانتی‌گراد |
| شفافیت | >95% در محدوده 450-700 نانومتر (ضخامت 10 میلی‌متر) |
مشخصات تولید ...
| ...پارامتر ... | ...مشخصات ... |
| قطر | ۱۵۰ میلی‌متر ±۰.۲ میلی‌متر |
| ضخامت | ۳۵۰ میکرومتر ±۱۰ میکرومتر |
| صافی | <1.3 میکرومتر |
| تغییر ضخامت کل (TTV) | تاب کمتر از 70 میکرومتر در ویفر 150 میلی‌متری |
| تغییرات ضخامت موضعی (LTV) | کمتر از 70 میکرومتر در ویفر 150 میلی‌متری |
| زبری | Rq ≤0.5 نانومتر (مقدار RMS AFM) |
| کیفیت سطح | ۴۰-۲۰ |
| ذرات (غیر قابل جدا شدن) | ۱۰۰-۲۰۰ میکرومتر ≤۳ ذره |
| چیپس | <300 میکرومتر (ویفر کامل، بدون ناحیه محرومیت) |
| ترک‌ها | بدون ترک (ویفر کامل) |
| آلودگی | بدون لکه‌های غیرقابل پاک شدن (ویفر کامل) |
| موازی‌سازی | کمتر از ۳۰ ثانیه قوسی |
| صفحه مرجع جهت گیری (محور X) | ۴۷ ±۲ میلی‌متر |
کاربردها
ویفرهای LNOI به دلیل خواص منحصر به فردشان، در طیف وسیعی از کاربردها، به ویژه در زمینه‌های فوتونیک، مخابرات و فناوری‌های کوانتومی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از کاربردهای کلیدی عبارتند از:
اپتیک یکپارچه:ویفرهای LNOI به طور گسترده در مدارهای نوری مجتمع استفاده می‌شوند، جایی که آنها دستگاه‌های فوتونی با کارایی بالا مانند مدولاتورها، موجبرها و تشدیدکننده‌ها را فعال می‌کنند. خواص نوری غیرخطی بالای لیتیوم نیوبات، آن را به انتخابی عالی برای کاربردهایی که نیاز به دستکاری کارآمد نور دارند، تبدیل می‌کند.
مخابرات:ویفرهای LNOI در مدولاتورهای نوری استفاده می‌شوند که اجزای ضروری در سیستم‌های ارتباطی پرسرعت، از جمله شبکه‌های فیبر نوری، هستند. توانایی مدولاسیون نور در فرکانس‌های بالا، ویفرهای LNOI را برای سیستم‌های مخابراتی مدرن ایده‌آل می‌کند.
محاسبات کوانتومی:در فناوری‌های کوانتومی، ویفرهای LNOI برای ساخت اجزای کامپیوترهای کوانتومی و سیستم‌های ارتباط کوانتومی استفاده می‌شوند. خواص نوری غیرخطی LNOI برای ایجاد جفت‌های فوتونی درهم‌تنیده استفاده می‌شود که برای توزیع کلید کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی حیاتی هستند.
حسگرها:ویفرهای LNOI در کاربردهای حسگری مختلفی از جمله حسگرهای نوری و صوتی استفاده می‌شوند. توانایی آنها در تعامل با نور و صدا، آنها را برای انواع مختلف فناوری‌های حسگری متنوع می‌کند.
سوالات متداول
Q:فناوری LNOI چیست؟
الف) فناوری LNOI شامل انتقال یک فیلم نازک لیتیوم نیوبات بر روی یک زیرلایه عایق، معمولاً سیلیکون، است. این فناوری از خواص منحصر به فرد لیتیوم نیوبات، مانند ویژگی‌های نوری غیرخطی بالا، پیزوالکتریک و پیروالکتریک، بهره می‌برد و آن را برای اپتیک و مخابرات مجتمع ایده‌آل می‌کند.
Q:تفاوت بین ویفرهای LNOI و SOI چیست؟
الف) ویفرهای LNOI و SOI از این نظر که از یک لایه نازک از ماده متصل به یک زیرلایه تشکیل شده‌اند، مشابه هستند. با این حال، ویفرهای LNOI از نیوبات لیتیوم به عنوان ماده لایه نازک استفاده می‌کنند، در حالی که ویفرهای SOI از سیلیکون استفاده می‌کنند. تفاوت کلیدی در خواص ماده لایه نازک نهفته است، به طوری که LNOI خواص نوری و پیزوالکتریک برتر را ارائه می‌دهد.
Q:مزایای استفاده از ویفرهای LNOI چیست؟
الف) مزایای اصلی ویفرهای LNOI شامل خواص نوری عالی آنها، مانند ضرایب نوری غیرخطی بالا، و استحکام مکانیکی آنهاست. این ویژگی‌ها، ویفرهای LNOI را برای استفاده در کاربردهای سرعت بالا، فرکانس بالا و کوانتومی ایده‌آل می‌کند.
Q:آیا می‌توان از ویفرهای LNOI برای کاربردهای کوانتومی استفاده کرد؟
بله، ویفرهای LNOI به دلیل توانایی‌شان در تولید جفت فوتون‌های درهم‌تنیده و سازگاری‌شان با فوتونیک مجتمع، به طور گسترده در فناوری‌های کوانتومی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این خواص برای کاربردهایی در محاسبات کوانتومی، ارتباطات و رمزنگاری بسیار مهم هستند.
Q:ضخامت معمول فیلم‌های LNOI چقدر است؟
الف) لایه‌های نازک LNOI معمولاً بسته به کاربرد خاص، ضخامتی از چند صد نانومتر تا چندین میکرومتر دارند. ضخامت در طول فرآیند کاشت یون کنترل می‌شود.
