نظرة عامة

LNOI (نيوبات الليثيوم على العازل) هي مادة ضوئية عالية الأداءمنصة مُمكّنةبواسطةتكاملغير متجانس على مستوى الرقاقة. وهي تتكون من طبقة رقيقة من نيوبات الليثيوم (LN) أحاديةالبلورةمُلصقةعلى طبقةعازلة: Z-cut، X-cut، Y-cut،الفقد، مما يجعلها مادة رئيسية للدوائر الضوئيةالمتكاملةتتضمن الخطوة الأولى في إنتاج رقائق LNOI زرع الأيونات. تخضع بلورة نيوبات الليثيوم السائبة لزرع أيونات الهيليوم (He) عالية الطاقة في سطحها. تقوم آلة زرع الأيونات بتسريع أيونات الهيليوم، التي تخترق بلورة نيوبات الليثيوم إلى عمق محدد.        الهيكل والمواصفاتكما هو موضح فيالصفحة 3 من ملف PDF

، تحتوي رقاقة LNOI على هيكل من ثلاث

طبقات:

الطبقة العلوية: طبقة رقيقة من نيوبات الليثيوم (300-600 نانومتر)الطبقة الوسطى: SiO₂ (2-15 ميكرومتر)الركيزة السفلية: Z-cut، X-cut، Y-cut،التكوينات المتاحة

• :: Z-cut، X-cut، Y-cut،اتجاه
• البلورة: Z-cut، X-cut، Y-cut،Y-cut
• دورانخيارات

التطعيم: MgO (5 مول%)، Er (1 مول%)، إلخ.

• معلمات الأداء الرئيسية
• للرقائق مقاس 6 بوصات (انظر الصفحة 6):سمك الطبقة الرقيقة: 300-600 نانومترتفاوتالسماكة
• : ≤ 40 نانومترخشونةالسطح

: ~0.19 نانومتر RMS (نتيجة اختبار الصفحة 5)التحكم في العيوب

(فراغات (>10 ميكرومتر):<80

• جسيمات (>0.3 ميكرومتر):
• عرض نطاق التضمين:>67 جيجاهرتز(الصفحة 9):
• نطاقتفاوت السماكة
• : ~7.04 نانومترفراغات:
  • <100العملية محسّنة باستمرار
  • الأداء البصري والكهروبصريبناءً على بيانات الاختبار

(الصفحة 8):

• عرض نطاق التضمين:>67 جيجاهرتزالكفاءة الكهروبصرية
• (Vπ·L): ~2.1 فولت·سمفقد بصري منخفض للغاية
• (عرض خط ~0.78 بيكومتر) توضح هذهالخصائص

ملاءمة ممتازة للأجهزة الضوئية عالية السرعة ومنخفضة

الفقد.التطبيقاتالدوائر الضوئية المتكاملة (PICs)معدلات بصرية عالية السرعة (100 جيجابت/ثانية/400 جيجابت/ثانية/800 جيجابت/ثانية+)

• الضوئيات الميكروية
• البصريات غير الخطية (تحويل التردد، OPO، إلخ.)الضوئيات الكمومية والاستشعار الدقيقالمزايا الرئيسية
• تأثير بوكيلز الكهروبصري قويتتضمن الخطوة الأولى في إنتاج رقائق LNOI زرع الأيونات. تخضع بلورة نيوبات الليثيوم السائبة لزرع أيونات الهيليوم (He) عالية الطاقة في سطحها. تقوم آلة زرع الأيونات بتسريع أيونات الهيليوم، التي تخترق بلورة نيوبات الليثيوم إلى عمق محدد.تكامل غير متجانس متوافق مع CMOS

قابل للتطوير إلى أحجام رقائق كبيرة (حتى 8 بوصات)خصائص رقاقةLNOIيتضمن تصنيع رقائق نيوبات الليثيوم على العازل (LNOI) سلسلة معقدة من الخطوات التي تجمع بين علوم المواد وتقنيات التصنيع المتقدمة. تهدف العملية إلى إنشاء طبقة رقيقة وعالية الجودة من نيوبات الليثيوم (LiNbO₃) ملصقة على ركيزة عازلة، مثل السيليكون أو نيوبات الليثيوم نفسها. فيما يلي شرح مفصل للعملية:الخطوة 1: زرع الأيوناتتتضمن الخطوة الأولى في إنتاج رقائق LNOI زرع الأيونات. تخضع بلورة نيوبات الليثيوم السائبة لزرع أيونات الهيليوم (He) عالية الطاقة في سطحها. تقوم آلة زرع الأيونات بتسريع أيونات الهيليوم، التي تخترق بلورة نيوبات الليثيوم إلى عمق محدد.يتم التحكم في طاقة أيونات الهيليوم بعناية لتحقيق العمق المطلوب في البلورة. أثناء مرور الأيونات عبر البلورة، تتفاعل مع التركيب الشبكي للمادة، مما يتسبب في اضطرابات ذرية تؤدي إلى تكوين مستوى ضعيف، يُعرف باسم "طبقة الزرع". سيسمح هذا المستوى في النهاية بتقسيم البلورة إلى طبقتين منفصلتين، حيث تصبح الطبقة العلوية (المشار إليها باسم الطبقة أ) هي الطبقة الرقيقة من نيوبات الليثيوم المطلوبة لـ LNOI.يتأثر سمك هذه الطبقة الرقيقة بشكل مباشر بعمق الزرع، والذي يتم التحكم فيه بواسطة طاقة أيونات الهيليوم. تشكل الأيونات توزيعًا غاوسيًا عند الواجهة، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان التوحيد في الطبقة النهائية.الخطوة 2: تحضير الركيزة

بمجرد اكتمال عملية زرع الأيونات، تكون الخطوة التالية هي تحضير الركيزة التي ستدعم الطبقة الرقيقة من نيوبات الليثيوم. بالنسبة لرقائق LNOI، تشمل مواد الركيزة الشائعة السيليكون (Si) أو نيوبات الليثيوم (LN) نفسها. يجب أن توفر الركيزة دعمًا ميكانيكيًا للطبقة الرقيقة وتضمن الاستقرار طويل الأمد أثناء خطوات المعالجة اللاحقة.

• لتحضير الركيزة، يتم عادةً ترسيب طبقة عازلة من SiO₂ (ثاني أكسيد السيليكون) على سطح ركيزة السيليكون باستخدام تقنيات مثل الأكسدة الحرارية أو PECVD (ترسيب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما). تعمل هذه الطبقة كوسيط عازل بين طبقة نيوبات الليثيوم وركيزة السيليكون. في بعض الحالات، إذا لم تكن طبقة SiO₂ ناعمة بما فيه الكفاية، يتم تطبيق عملية تلميع كيميائي ميكانيكي (CMP) لضمان أن السطح موحد وجاهز لعملية اللصق.
• الخطوة 3: لصق الطبقة الرقيقة
• بعد تحضير الركيزة، تكون الخطوة التالية هي لصق الطبقة الرقيقة من نيوبات الليثيوم (الطبقة أ) على الركيزة. يتم قلب بلورة نيوبات الليثيوم، بعد زرع الأيونات، بزاوية 180 درجة ووضعها على الركيزة المحضرة. تتم عملية اللصق عادةً باستخدام تقنية لصق الرقائق.
• في لصق الرقائق، تخضع كل من بلورة نيوبات الليثيوم والركيزة لضغط ودرجة حرارة عالية، مما يتسبب في التصاق السطحين بقوة. عادةً لا تتطلب عملية اللصق المباشر أي مواد لاصقة، ويتم لصق الأسطح على المستوى الجزيئي. لأغراض البحث، يمكن استخدام بنزوسيكلوبيوتين (BCB) كمادة لصق وسيطة لتوفير دعم إضافي، على الرغم من أنها لا تستخدم عادةً في الإنتاج التجاري بسبب استقرارها المحدود على المدى الطويل.
• الخطوة 4: التلدين وتقسيم الطبقة

بعد عملية اللصق، تخضع الرقاقة الملصقة لمعالجة تلدين. التلدين ضروري لتحسين قوة اللصق بين طبقة نيوبات الليثيوم والركيزة، وكذلك لإصلاح أي تلف ناتج عن عملية زرع الأيونات.

• أثناء التلدين، يتم تسخين الرقاقة الملصقة إلى درجة حرارة محددة والحفاظ عليها عند تلك الدرجة لفترة معينة. لا تعمل هذه العملية على تقوية روابط الواجهة فحسب، بل تحفز أيضًا تكوين فقاعات دقيقة في طبقة الأيونات المزروعة. تتسبب هذه الفقاعات تدريجيًا في انفصال طبقة نيوبات الليثيوم (الطبقة أ) عن بلورة نيوبات الليثيوم السائبة الأصلية (الطبقة ب).
• بمجرد حدوث الانفصال، يتم استخدام أدوات ميكانيكية لتقسيم الطبقتين، تاركة وراءها طبقة رقيقة وعالية الجودة من نيوبات الليثيوم (الطبقة أ) على الركيزة. يتم تقليل درجة الحرارة تدريجيًا إلى درجة حرارة الغرفة، مما يكمل عملية التلدين وفصل الطبقة.
• الخطوة 5: تسطيح CMP
• بعد فصل طبقة نيوبات الليثيوم، يكون سطح رقاقة LNOI خشنًا وغير مستوٍ عادةً. لتحقيق جودة السطح المطلوبة، تخضع الرقاقة لعملية تلميع كيميائي ميكانيكي (CMP) نهائية. تعمل CMP على تنعيم سطح الرقاقة، وإزالة أي خشونة متبقية وضمان تسطيح الطبقة الرقيقة.

تعتبر عملية CMP ضرورية للحصول على تشطيب عالي الجودة على الرقاقة، وهو أمر بالغ الأهمية لتصنيع الأجهزة اللاحق. يتم تلميع السطح إلى مستوى دقيق جدًا، غالبًا ما يكون خشونة (Rq) أقل من 0.5 نانومتر كما تم قياسها بواسطة المجهر القوة الذرية (AFM).أسئلة وأجوبة

1. س: هل تانتالات الليثيوم هي نفسها نيوبات الليثيوم؟

لا.

تانتالات الليثيوم (LiTaO₃) ونيوبات الليثيوم (LiNbO₃) هما مادتان مختلفتان بتركيبات كيميائية مختلفة (Ta مقابل Nb) ولكنهما تشتركان في هيكل بلوري مشابه (مجموعة الفضاء R3c) وخصائص كهروحديدية.

2. س: هل نيوبات الليثيوم من نوع البيروفسكايت؟

لا.

تتبلور نيوبات الليثيوم في هيكل غير بيروفسكايتي (مجموعة الفضاء R3c)، وتختلف عن هيكل البيروفسكايت ABX₃ النموذجي.

ومع ذلك، فإنها تظهر سلوكًا كهروحديدًا شبيهًا بالبيروفسكايت بسبب إطارها الأوكتوهيدرالي الأكسجيني الشبيه بـ ABO₃.