Tấm wafer LNOI 8 inch (LiNbO3 trên chất cách điện) dùng cho bộ điều biến quang học, ống dẫn sóng, mạch tích hợp
Sơ đồ chi tiết
Giới thiệu
Tấm wafer Lithium Niobate trên chất cách điện (LNOI) là một vật liệu tiên tiến được sử dụng trong nhiều ứng dụng quang học và điện tử tiên tiến. Các wafer này được sản xuất bằng cách chuyển một lớp mỏng lithium niobate (LiNbO₃) lên một đế cách điện, thường là silicon hoặc một vật liệu phù hợp khác, bằng các kỹ thuật tinh vi như cấy ion và liên kết wafer. Công nghệ LNOI có nhiều điểm tương đồng với công nghệ wafer Silicon trên chất cách điện (SOI), nhưng tận dụng các đặc tính quang học độc đáo của lithium niobate, một vật liệu nổi tiếng với các đặc tính quang học áp điện, nhiệt điện và phi tuyến tính.
Các tấm wafer LNOI đã thu hút sự chú ý đáng kể trong các lĩnh vực như quang học tích hợp, viễn thông và điện toán lượng tử nhờ hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng tần số cao và tốc độ cao. Các tấm wafer được sản xuất bằng kỹ thuật "Smart-cut", cho phép kiểm soát chính xác độ dày của màng mỏng lithium niobate, đảm bảo các tấm wafer đáp ứng các thông số kỹ thuật cần thiết cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Nguyên tắc
Quá trình tạo ra các tấm wafer LNOI bắt đầu với một tinh thể lithium niobate khối. Tinh thể này trải qua quá trình cấy ion, trong đó các ion heli năng lượng cao được đưa vào bề mặt tinh thể lithium niobate. Các ion này xuyên qua tinh thể đến một độ sâu nhất định và phá vỡ cấu trúc tinh thể, tạo ra một mặt phẳng mỏng manh, sau đó có thể được sử dụng để tách tinh thể thành các lớp mỏng. Năng lượng riêng của các ion heli kiểm soát độ sâu của quá trình cấy, ảnh hưởng trực tiếp đến độ dày của lớp lithium niobate cuối cùng.
Sau khi cấy ion, tinh thể lithium niobate được liên kết với đế bằng kỹ thuật liên kết wafer. Quá trình liên kết thường sử dụng phương pháp liên kết trực tiếp, trong đó hai bề mặt (tinh thể lithium niobate được cấy ion và đế) được ép lại với nhau dưới nhiệt độ và áp suất cao để tạo ra liên kết chắc chắn. Trong một số trường hợp, vật liệu kết dính như benzocyclobutene (BCB) có thể được sử dụng để hỗ trợ thêm.
Sau khi liên kết, wafer trải qua quá trình ủ để sửa chữa bất kỳ hư hỏng nào do quá trình cấy ion gây ra và tăng cường liên kết giữa các lớp. Quá trình ủ cũng giúp lớp lithium niobate mỏng tách ra khỏi tinh thể ban đầu, để lại một lớp lithium niobate mỏng, chất lượng cao có thể được sử dụng để chế tạo thiết bị.
Thông số kỹ thuật
Tấm wafer LNOI được đặc trưng bởi một số thông số kỹ thuật quan trọng đảm bảo chúng phù hợp với các ứng dụng hiệu suất cao. Bao gồm:
Thông số kỹ thuật vật liệu
| Vật liệu | Thông số kỹ thuật |
| Vật liệu | Đồng nhất: LiNbO3 |
| Chất lượng vật liệu | Bong bóng hoặc tạp chất <100μm |
| Định hướng | Cắt chữ Y ±0,2° |
| Tỉ trọng | 4,65 g/cm³ |
| Nhiệt độ Curie | 1142 ±1°C |
| Tính minh bạch | >95% trong phạm vi 450-700 nm (độ dày 10 mm) |
Thông số kỹ thuật sản xuất
| Tham số | Đặc điểm kỹ thuật |
| Đường kính | 150 mm ±0,2 mm |
| Độ dày | 350 μm ±10 μm |
| Độ phẳng | <1,3 μm |
| Tổng độ dày thay đổi (TTV) | Độ cong vênh <70 μm ở wafer 150 mm |
| Biến thiên độ dày cục bộ (LTV) | <70 μm @ wafer 150 mm |
| Độ nhám | Rq ≤0,5 nm (giá trị AFM RMS) |
| Chất lượng bề mặt | 40-20 |
| Các hạt (Không thể loại bỏ) | 100-200 μm ≤3 hạt |
| Khoai tây chiên | <300 μm (toàn bộ wafer, không có vùng loại trừ) |
| Các vết nứt | Không có vết nứt (wafer đầy đủ) |
| Sự ô nhiễm | Không có vết bẩn không thể tẩy sạch (toàn bộ lớp wafer) |
| Sự song song | <30 giây cung |
| Mặt phẳng tham chiếu định hướng (trục X) | 47 ±2 mm |
Ứng dụng
Tấm wafer LNOI được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau nhờ các đặc tính độc đáo của chúng, đặc biệt là trong lĩnh vực quang tử, viễn thông và công nghệ lượng tử. Một số ứng dụng chính bao gồm:
Quang học tích hợp:Tấm wafer LNOI được sử dụng rộng rãi trong các mạch quang tích hợp, cho phép chế tạo các thiết bị quang tử hiệu suất cao như bộ điều biến, ống dẫn sóng và bộ cộng hưởng. Các đặc tính quang học phi tuyến tính cao của lithium niobate khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng xử lý ánh sáng hiệu quả.
Viễn thông:Tấm wafer LNOI được sử dụng trong các bộ điều biến quang, một thành phần thiết yếu trong các hệ thống truyền thông tốc độ cao, bao gồm cả mạng cáp quang. Khả năng điều biến ánh sáng ở tần số cao khiến tấm wafer LNOI trở nên lý tưởng cho các hệ thống viễn thông hiện đại.
Máy tính lượng tử:Trong công nghệ lượng tử, wafer LNOI được sử dụng để chế tạo các linh kiện cho máy tính lượng tử và hệ thống truyền thông lượng tử. Các đặc tính quang học phi tuyến tính của LNOI được tận dụng để tạo ra các cặp photon vướng víu, rất quan trọng cho việc phân phối khóa lượng tử và mật mã lượng tử.
Cảm biến:Tấm wafer LNOI được sử dụng trong nhiều ứng dụng cảm biến khác nhau, bao gồm cảm biến quang học và cảm biến âm thanh. Khả năng tương tác với cả ánh sáng và âm thanh giúp chúng linh hoạt trong nhiều loại công nghệ cảm biến khác nhau.
Câu hỏi thường gặp
Q:Công nghệ LNOI là gì?
A: Công nghệ LNOI liên quan đến việc chuyển một lớp màng lithium niobate mỏng lên một chất nền cách điện, thường là silicon. Công nghệ này tận dụng các đặc tính độc đáo của lithium niobate, chẳng hạn như đặc tính quang học phi tuyến tính cao, tính áp điện và tính nhiệt điện, khiến nó trở nên lý tưởng cho quang học tích hợp và viễn thông.
Q:Sự khác biệt giữa wafer LNOI và SOI là gì?
A: Cả wafer LNOI và SOI đều giống nhau ở chỗ chúng bao gồm một lớp vật liệu mỏng được liên kết với một đế. Tuy nhiên, wafer LNOI sử dụng lithium niobate làm vật liệu màng mỏng, trong khi wafer SOI sử dụng silicon. Sự khác biệt chính nằm ở các đặc tính của vật liệu màng mỏng, trong đó LNOI mang lại các đặc tính quang học và áp điện vượt trội.
Q:Những lợi ích của việc sử dụng wafer LNOI là gì?
A: Ưu điểm chính của wafer LNOI bao gồm các đặc tính quang học tuyệt vời, chẳng hạn như hệ số quang phi tuyến tính cao, và độ bền cơ học. Những đặc điểm này khiến wafer LNOI trở nên lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng tốc độ cao, tần số cao và lượng tử.
Q:Tấm wafer LNOI có thể được sử dụng cho các ứng dụng lượng tử không?
A: Có, wafer LNOI được sử dụng rộng rãi trong công nghệ lượng tử nhờ khả năng tạo ra các cặp photon vướng víu và khả năng tương thích với quang tử tích hợp. Những đặc tính này rất quan trọng đối với các ứng dụng trong điện toán lượng tử, truyền thông và mật mã.
Q:Độ dày điển hình của màng LNOI là bao nhiêu?
A: Màng LNOI thường có độ dày từ vài trăm nanomet đến vài micromet, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể. Độ dày được kiểm soát trong quá trình cấy ion.
