نظرة عامة

LNOI (ليثيوم نيوبات على عازل) هو مادة فوتونية عالية الأداءمنصة تم تمكينعلى مستوى الوافرات غير متجانسالتكامل.إنه يتكون من واحدبلورفيلم رقيق من نيوبات الليثيوممقيد علىأكسيد عازلطبقةوالرصيف الداعم. هذا الهيكلالمجمعاتالكهربائية البصرية الممتازة، البصرية غير الخطية، والمنخفضةخسارة النقل الخصائص، مما يجعلها مادة رئيسية للجيل القادممتكاملة الدوائر(بيكس).

الهيكلالمواصفات

كمامصورةعلىالصفحة 3 من PDF، وجبة LNOI لديها ثلاثة...طبقةالهيكل:

• أعلىطبقة: LN فيلم رقيق (300~600 nm)
• الوسططبقة: SiO2 (215 μm)
• الركيزة السفلية: سي، سي سي، سفير، أو الكوارتز

متاحةالتكوينات:

• حجم الوافر: 4 بوصات / 6 بوصات / 8 بوصات (خريطة طريق قابلة للتوسع)
• كريستال التوجهقطع ز، قطع إكس، قطع ي،تدورقطع في الـ Y
• المنشطاتالخيارات: MgO (5 mol) ، Er (1 mol) ، الخ

الأداء الرئيسيالمعلمات

من أجلرقائق 6 بوصات(انظر الصفحة 6):

• سمك الفيلم الرقيق: 300~600 nm
• سمكالتغير: ≤ 40 نانومتر
• السطحالخام: ~ 0.19 نانومتر RMS (نتيجة الاختبار في الصفحة 5)
• عيبالتحكم:
  • الفراغات (> 10 ميكرومتر): < 80
  • الجسيمات (> 0.3 μm): <200

من أجلرقائق 8 بوصات(الصفحة 9):

• سمكالتغيرالنطاق: ~ 7.04 nm
• الفراغات: <100
• العملية باستمرارمحسّنة

الأداء البصري والكهربائي البصري

بناء على الاختبارالبيانات(الصفحة 8):

• عرض النطاق الترددي للتعديل: > 67 غيغاهرتز
• الكهرباء البصريةالكفاءة(Vπ·L): ~ 2.1 V·cm
• بصرية منخفضة جداًخسارة(عرض الخط ~ 0.78 pm)

هذهالخصائص أظهرممتازالملاءمةللسرعات العالية والمنخفضةخسارةالفوتونيةالأجهزة.

التطبيقات

• الدوائر المتكاملة الفوتونية (PICs)
• محولات ضوئية عالية السرعة (100G/400G/800G+)
• الموجات الدقيقة الفوتونية
• البصريات غير الخطيّة (تحويل التردد، OPO، الخ)
• الفوتونيات الكمية والاستشعار الدقيق

المزايا الرئيسية

• تأثير Pockels الكهربائي البصري القوي
• خسارة الانتشار المنخفضة للغاية
• الاندماج المتجانس المتوافق مع CMOS
• قابلة للتوسع إلى أحجام رقائق كبيرة (تصل إلى 8 بوصات)

خصائصلوفر

إن تصنيع رقائق نيوبات الليثيوم على عازل (LNOI) ينطوي على سلسلة متطورة من الخطوات التي تجمع بين علوم المواد وتقنيات التصنيع المتقدمة.تهدف هذه العملية إلى خلق، فيلم ليتيم نيوبات عالي الجودة (LiNbO3) مرتبط بقطعة عازلة ، مثل السيليكون أو ليتيم نيوبات نفسه. فيما يلي شرح مفصل للعملية:

الخطوة 1: زرع الأيونات

تتضمن الخطوة الأولى في إنتاج رقائق LNOI زرع الأيونات. يتم تعريض بلور نيوبات الليثيوم السائبة لأيونات الهيليوم عالية الطاقة (He) المحقنة في سطحها.آلة زرع الأيونات تسرع أيونات الهيليوموالتي تخترق بلورات نيوبات الليثيوم إلى عمق معين

طاقة أيونات الهيليوم يتم التحكم بها بعناية لتحقيق العمق المطلوب في البلور.تسبب اضطرابات ذرية تؤدي إلى تشكيل طائرة ضعيفةهذه الطبقة ستسمح في النهاية بتقسيم الكريستال إلى طبقتين مختلفتينحيث تصبح الطبقة العليا (المشار إليها باسم الطبقة A) فيلم نيوبات الليثيوم الرقيق اللازم لLNOI.

سمك هذا الفيلم الرقيق يتأثر بشكل مباشر بعمق الزرع، والذي يتحكم به طاقة أيونات الهيليوم.وهو أمر حاسم لضمان التكافؤ في الفيلم النهائي.

الخطوة الثانية: تحضير الركيزة

بمجرد الانتهاء من عملية زرع الأيونات، الخطوة التالية هي إعداد الركيزة التي ستدعم فيلم نيوبات الليثيوم الرقيق.وتشمل مواد الركيزة الشائعة السيليكون (Si) أو نيوبات الليثيوم (LN) نفسهيجب أن يوفر الركيزة الدعم الميكانيكي للفيلم الرقيق وضمان الاستقرار على المدى الطويل خلال خطوات المعالجة اللاحقة.

لإعداد الركيزة 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)هذه الطبقة بمثابة الوسيط العازل بين فيلم نيوبات الليثيوم و الركيزة السيليكونية. في بعض الحالات إذا لم تكن طبقة SiO2 ناعمة بما فيه الكفاية،يتم تطبيق عملية التلميع الكيميائي الميكانيكي (CMP) لضمان أن السطح موحد ومستعد لعملية الارتباط.

الخطوة الثالثة: ربط الفيلم الرقيق

بعد تحضير الركيزة، الخطوة التالية هي ربط فيلم نيوبات الليثيوم الرقيق (الطبقة A) بالركيزة.يتم تحويلها إلى 180 درجة ووضعها على الركيزة المعدةعادة ما يتم تنفيذ عملية الارتباط باستخدام تقنية الارتباط.

في ربط الوافر ، يتم تعريض كل من بلور نيوبات الليثيوم والركيزة لضغط ودرجة حرارة عالية ، مما يسبب الالتصاق القوي للسطحين.عادةً ما لا تتطلب عملية الارتباط المباشر أي مواد لاصقة، ويتم ربط السطوح على المستوى الجزيئي. لأغراض البحث ، يمكن استخدام البنزوكلوبوتين (BCB) كمادة ربط وسيطة لتوفير دعم إضافي ،على الرغم من أنه لا يستخدم عادة في الإنتاج التجاري بسبب استقراره المحدود على المدى الطويل.

الخطوة الرابعة: التسخين وتقسيم الطبقات

بعد عملية الارتباط ، تخضع اللوحة الملتصقة لعلاج التسخين. التسخين أمر حاسم لتحسين قوة الارتباط بين طبقة نيوبات الليثيوم والرصيف ،وكذلك لإصلاح أي ضرر ناجم عن عملية زرع الأيونات.

أثناء التسخين ، يتم تسخين اللوحة المربوطة إلى درجة حرارة محددة والحفاظ على درجة حرارة معينة لفترة معينة.هذه العملية لا تعزز فقط الروابط بين الوجهات بل تحفز أيضا على تكوين فقاعات صغيرة في الطبقة المزروعة بالأيوناتهذه الفقاقيع تدريجياً تسبب فصل طبقة نيوبات الليثيوم (الطبقة A) عن بلورات نيوبات الليثيوم الأصلية (الطبقة B).

بمجرد حدوث الانفصال ، يتم استخدام أدوات ميكانيكية لفصل الطبقتين ، تاركة خلفها فيلم ليتيم نيوبات رقيق عالي الجودة (طبقة A) على الركيزة.يتم خفض درجة الحرارة تدريجياً إلى درجة حرارة الغرفة، إكمال عملية التسخين وفصل الطبقات.

الخطوة الخامسة: تسطيح CMP

بعد فصل طبقة نيوبات الليثيوم ، يكون سطح رقاقة LNOI عادةً خشنًا وغير متساوٍ. لتحقيق جودة السطح المطلوبة ،تخضع الوافر لعملية التلميع الكيميائي الميكانيكي النهائية (CMP). يُمَيِّز CMP سطح اللوحة، ويُزيل أيّ خشونة متبقية ويضمن أنّ الفيلم الرقيق مستطيل.

عملية CMP ضرورية للحصول على التشطيب عالي الجودة على رقاقة، وهو أمر بالغ الأهمية لتصنيع الجهاز اللاحق.غالبًا ما يكون الخام (Rq) أقل من 0.5 نانومتر كما تم قياسها بواسطة مجهر القوة الذرية (AFM).

1س: هل تانتاليت الليثيوم هو نفس الليثيوم نيوبات؟- نعم

ج: لا. تانتالات الليثيوم (LiTaO3) ونيوبات الليثيوم (LiNbO3) هي مواد مختلفة ذات تركيبات كيميائية مختلفة (Ta مقابلNb) ولكنها تتشارك بنية بلورية مماثلة (R3c مجموعة الفضاء) وخصائص كهربائية حديدية.

2س: هل نيوبات الليثيوم بيروفسكيت؟- نعم

ج: لا. يتبلور نيوبات الليثيوم في بنية غير بيروفسكيت (مجموعة الفضاء R3c) ، تختلف عن بنية بيروفسكيت ABX3 القانونية. ومع ذلك ، فإنه يظهر سلوكًا كهربائيًا مثل البيروفسكيت بسبب إطار أكسجين ثمانية الأطراف مثل ABO3.