8inch LNOI (LiNbO3 op isolator) wafer voor optische modulatoren, golfgeleiders en geïntegreerde schakelingen
Gedetailleerd diagram
Invoering
Lithium Niobate on Insulator (LNOI) wafers zijn een geavanceerd materiaal dat wordt gebruikt in diverse geavanceerde optische en elektronische toepassingen. Deze wafers worden geproduceerd door een dunne laag lithiumniobaat (LiNbO₃) over te brengen op een isolerend substraat, meestal silicium of een ander geschikt materiaal, met behulp van geavanceerde technieken zoals ionenimplantatie en waferbonding. LNOI-technologie vertoont veel overeenkomsten met Silicon on Insulator (SOI) wafertechnologie, maar maakt gebruik van de unieke optische eigenschappen van lithiumniobaat, een materiaal dat bekendstaat om zijn piëzo-elektrische, pyro-elektrische en niet-lineaire optische eigenschappen.
LNOI-wafers hebben aanzienlijke aandacht gekregen in sectoren zoals geïntegreerde optica, telecommunicatie en quantum computing vanwege hun superieure prestaties in hoogfrequente en hogesnelheidstoepassingen. De wafers worden geproduceerd met behulp van de "Smart-cut"-techniek, die een nauwkeurige controle over de dikte van de dunne lithiumniobaatfilm mogelijk maakt, zodat de wafers voldoen aan de vereiste specificaties voor diverse toepassingen.
Beginsel
Het proces voor het creëren van LNOI-wafers begint met een bulk lithiumniobaatkristal. Het kristal ondergaat ionenimplantatie, waarbij hoogenergetische heliumionen in het oppervlak van het lithiumniobaatkristal worden ingebracht. Deze ionen dringen tot een specifieke diepte in het kristal door en verstoren de kristalstructuur, waardoor een fragiel vlak ontstaat dat later kan worden gebruikt om het kristal in dunne lagen te verdelen. De specifieke energie van de heliumionen bepaalt de implantatiediepte, wat direct van invloed is op de dikte van de uiteindelijke lithiumniobaatlaag.
Na ionenimplantatie wordt het lithiumniobaatkristal aan een substraat gebonden met behulp van een techniek die waferbonding wordt genoemd. Het bondingproces maakt doorgaans gebruik van een directe bondingmethode, waarbij de twee oppervlakken (het met ionen geïmplanteerde lithiumniobaatkristal en het substraat) onder hoge temperatuur en druk tegen elkaar worden gedrukt om een sterke verbinding te creëren. In sommige gevallen kan een hechtmiddel zoals benzocyclobuteen (BCB) worden gebruikt voor extra ondersteuning.
Na het verbinden ondergaat de wafer een gloeiproces om eventuele schade door de ionenimplantatie te herstellen en de verbinding tussen de lagen te verbeteren. Het gloeiproces zorgt er ook voor dat de dunne lithiumniobaatlaag loslaat van het oorspronkelijke kristal, waardoor een dunne, hoogwaardige laag lithiumniobaat overblijft die kan worden gebruikt voor de productie van apparaten.
Specificaties
LNOI-wafers worden gekenmerkt door verschillende belangrijke specificaties die hun geschiktheid voor hoogwaardige toepassingen garanderen. Deze omvatten:
Materiaalspecificaties
| Materiaal | Specificaties |
| Materiaal | Homogeen: LiNbO3 |
| Materiaalkwaliteit | Bellen of insluitsels <100μm |
| Oriëntatie | Y-snede ±0,2° |
| Dikte | 4,65 g/cm³ |
| Curietemperatuur | 1142 ±1°C |
| Transparantie | >95% in het bereik van 450-700 nm (10 mm dikte) |
Productiespecificaties
| Parameter | Specificatie |
| Diameter | 150 mm ±0,2 mm |
| Dikte | 350 μm ±10 μm |
| Vlakheid | <1,3 μm |
| Totale diktevariatie (TTV) | Warp <70 μm bij 150 mm wafer |
| Lokale diktevariatie (LTV) | <70 μm bij 150 mm wafer |
| Ruwheid | Rq ≤0,5 nm (AFM RMS-waarde) |
| Oppervlaktekwaliteit | 40-20 |
| Deeltjes (niet-verwijderbaar) | 100-200 μm ≤3 deeltjes |
| Chips | <300 μm (volledige wafer, geen uitsluitingszone) |
| Scheuren | Geen scheuren (volledige wafer) |
| Besmetting | Geen niet-verwijderbare vlekken (volledige wafer) |
| Parallelisme | <30 boogseconden |
| Oriëntatiereferentievlak (X-as) | 47 ±2 mm |
Toepassingen
LNOI-wafers worden vanwege hun unieke eigenschappen in een breed scala aan toepassingen gebruikt, met name in de fotonica, telecommunicatie en kwantumtechnologie. Enkele belangrijke toepassingen zijn:
Geïntegreerde optica:LNOI-wafers worden veel gebruikt in geïntegreerde optische schakelingen, waar ze hoogwaardige fotonische componenten zoals modulatoren, golfgeleiders en resonatoren mogelijk maken. De hoge niet-lineaire optische eigenschappen van lithiumniobaat maken het een uitstekende keuze voor toepassingen die efficiënte lichtmanipulatie vereisen.
Telecommunicatie:LNOI-wafers worden gebruikt in optische modulatoren, essentiële componenten in snelle communicatiesystemen, waaronder glasvezelnetwerken. De mogelijkheid om licht op hoge frequenties te moduleren, maakt LNOI-wafers ideaal voor moderne telecommunicatiesystemen.
Quantum computing:In de kwantumtechnologie worden LNOI-wafers gebruikt om componenten te fabriceren voor kwantumcomputers en kwantumcommunicatiesystemen. De niet-lineaire optische eigenschappen van LNOI worden benut om verstrengelde fotonenparen te creëren, die cruciaal zijn voor kwantumsleuteldistributie en kwantumcryptografie.
Sensoren:LNOI-wafers worden gebruikt in diverse sensortoepassingen, waaronder optische en akoestische sensoren. Hun vermogen om te interacteren met zowel licht als geluid maakt ze veelzijdig voor verschillende soorten sensortechnologieën.
Veelgestelde vragen
Q:Wat is LNOI-technologie?
A:LNOI-technologie omvat het overbrengen van een dunne lithiumniobaatfilm op een isolerend substraat, meestal silicium. Deze technologie maakt gebruik van de unieke eigenschappen van lithiumniobaat, zoals de hoge niet-lineaire optische eigenschappen, piëzo-elektriciteit en pyro-elektriciteit, waardoor het ideaal is voor geïntegreerde optica en telecommunicatie.
Q:Wat is het verschil tussen LNOI- en SOI-wafers?
A: Zowel LNOI- als SOI-wafers zijn vergelijkbaar doordat ze bestaan uit een dunne laag materiaal dat aan een substraat is bevestigd. LNOI-wafers gebruiken echter lithiumniobaat als dunnefilmmateriaal, terwijl SOI-wafers silicium gebruiken. Het belangrijkste verschil zit in de eigenschappen van het dunnefilmmateriaal, waarbij LNOI superieure optische en piëzo-elektrische eigenschappen biedt.
Q:Wat zijn de voordelen van het gebruik van LNOI-wafers?
A: De belangrijkste voordelen van LNOI-wafers zijn hun uitstekende optische eigenschappen, zoals hoge niet-lineaire optische coëfficiënten, en hun mechanische sterkte. Deze eigenschappen maken LNOI-wafers ideaal voor gebruik in hogesnelheids-, hoogfrequente en kwantumtoepassingen.
Q:Kunnen LNOI-wafers worden gebruikt voor kwantumtoepassingen?
A: Ja, LNOI-wafers worden veel gebruikt in quantumtechnologieën vanwege hun vermogen om verstrengelde fotonenparen te genereren en hun compatibiliteit met geïntegreerde fotonica. Deze eigenschappen zijn cruciaal voor toepassingen in quantumcomputing, communicatie en cryptografie.
Q:Wat is de typische dikte van LNOI-films?
A:LNOI-films variëren doorgaans van enkele honderden nanometers tot enkele micrometers in dikte, afhankelijk van de specifieke toepassing. De dikte wordt gecontroleerd tijdens het ionenimplantatieproces.
