Résumé

LNOI (niobate de lithium sur isolant) est un matériau photonique à haute performanceplateforme activépar hétérogénéité au niveau des plaquettesl'intégrationIl est constitué d'un seul...de cristalfilm mince de niobate de lithium (LN)liés surun oxyde isolantcoucheet un substrat de support. Cette structureles combinesexcellente électro-optique, optique non linéaire, et faibleles pertes transmission propriétés, ce qui en fait un matériau clé pour la prochaine génération de photoniqueintégrées circuits électriques(PICs)

Structure etLes spécifications

Commeillustrésurpage 3 du PDF, la galette LNOI a une trois-couchela structure:

• Au sommetcouche: LN film mince (300×600 nm)
• Au milieucouche: SiO2 (215 μm)
• Substrate inférieur: Si, SiC, Saphir ou Quartz

Disponibleles configurations:

• Taille de la gaufre: 4 pouces / 6 pouces / 8 pouces (feuille de route évolutive)
• - Je ne sais pas. l'orientationLe coupe-Z, le coupe-X, le coupe-Y,en rotationCoupe en Y
• Le dopageles options: MgO (5 mol%), Er (1 mol%), et ainsi de suite.

Résultats clésParamètres

PourDes plaquettes de 6 pouces(voir page 6):

• Épaisseur du film mince: 300 ∼ 600 nm
• Épaisseurvariation: ≤ 40 nm
• Surfacerugosité: ~ 0,19 nm RMS (résultat de l'essai à la page 5)
• Défautcontrôle:
  • Les vides (> 10 μm): < 80
  • Particules (> 0,3 μm): < 200

PourDes plaquettes de 8 pouces(page 9):

• Épaisseurvariationgamme: ~ 7,04 nm
• Les espaces vides: < 100
• Procédure continuellementoptimisé

Performance optique et électro-optique

Basé sur les essaisdonnées(page 8):

• Largeur de bande de modulation: > 67 GHz
• électro-optiquel'efficacité(Vπ·L): ~2,1 V·cm
• Optique ultra-faibleles pertes(largeur de ligne ~ 0,78 pm)

Cescaractéristiques démontrerexcellentel'adéquationpour les trains à grande vitesse et à basse vitesseles pertesphotoniqueappareils.

Applications

• Circuits intégrés photoniques (PIC)
• Modulateurs optiques à grande vitesse (100G/400G/800G+)
• Photonique à micro-ondes
• Optique non linéaire (conversion de fréquence, OPO, etc.)
• Photonique quantique et détection de précision

Principaux avantages

• Effets électro-optiques de Pockels
• Perte de propagation extrêmement faible
• Intégration hétérogène compatible CMOS
• Évolutif sur de grandes plaquettes (jusqu'à 8 pouces)

Propriétés deWaffle à base de LNOI

La fabrication de plaquettes de niobate de lithium sur isolant (LNOI) implique une série d'étapes sophistiquées qui combinent la science des matériaux et des techniques de fabrication avancées.Le processus vise à créer une, un film de niobate de lithium (LiNbO3) de haute qualité lié à un substrat isolant, tel que le silicium ou le niobate de lithium lui-même.

Étape 1: Implantation ionique

La première étape de la production de gaufres LNOI implique l'implantation d'ions.La machine d'implantation d'ions accélère les ions hélium., qui pénètrent le cristal de niobate de lithium à une profondeur spécifique.

L'énergie des ions hélium est soigneusement contrôlée pour atteindre la profondeur désirée dans le cristal.provoquant des perturbations atomiques qui conduisent à la formation d'un plan affaibliCette couche permettra finalement au cristal d'être divisé en deux couches distinctes,où la couche supérieure (appelée couche A) devient le film mince de niobate de lithium nécessaire à la LNOI.

L'épaisseur de ce film mince est directement influencée par la profondeur d'implantation, qui est contrôlée par l'énergie des ions hélium.qui est crucial pour assurer l'uniformité dans le film final.

Étape 2: préparation du substrat

Une fois le processus d'implantation ionique terminé, l'étape suivante consiste à préparer le substrat qui soutiendra le mince film de niobate de lithium.Les matériaux de substrat courants comprennent le silicium (Si) ou le niobate de lithium (LN) lui-mêmeLe substrat doit fournir un support mécanique pour le film mince et assurer une stabilité à long terme pendant les étapes de traitement suivantes.

Pour préparer le substrat, 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)Cette couche sert de milieu isolant entre le film de niobate de lithium et le substrat de silicium.un procédé de polissage chimique mécanique (CMP) est appliqué pour assurer que la surface est uniforme et prête pour le processus de collage.

Étape 3: Liage par film mince

Après préparation du substrat, l'étape suivante consiste à attacher le film mince de niobate de lithium (couche A) au substrat.est retourné à 180 degrés et placé sur le substrat préparéLe processus de collage est généralement effectué à l'aide d'une technique de collage de plaquette.

Lors de la liaison des plaquettes, le cristal de niobate de lithium et le substrat sont soumis à une pression et à une température élevées, ce qui provoque une forte adhérence des deux surfaces.Le procédé de collage direct ne nécessite généralement pas de matériaux adhésifsÀ des fins de recherche, le benzocyclobutène (BCB) peut être utilisé comme matériau de liaison intermédiaire pour fournir un support supplémentaire,bien qu'il ne soit généralement pas utilisé dans la production commerciale en raison de sa stabilité à long terme limitée.

Étape 4: recuit et séparation des couches

Après le processus de liaison, la gaufre liée est soumise à un traitement de recuit.ainsi que pour réparer tout dommage causé par le processus d'implantation ionique.

Au cours du recuit, la gaufre est chauffée à une température spécifique et maintenue à cette température pendant une certaine durée.Ce processus renforce non seulement les liaisons interfaciales, mais induit également la formation de microbulles dans la couche implantée d'ionsCes bulles provoquent progressivement la séparation de la couche de niobate de lithium (couche A) du cristal de niobate de lithium en vrac d'origine (couche B).

Une fois la séparation effectuée, des outils mécaniques sont utilisés pour séparer les deux couches, laissant un film mince de niobate de lithium de haute qualité (couche A) sur le substrat.La température est progressivement ramené à la température ambiante, complétant le processus de recuit et de séparation des couches.

Étape 5: Planarisation du CMP

Après la séparation de la couche de niobate de lithium, la surface de la plaque LNOI est généralement rugueuse et inégale.la gaufre est soumise à un processus de polissage chimique mécanique (CMP) final. Le CMP lissé la surface de la gaufre, en éliminant toute rugosité restante et en veillant à ce que le film mince est plan.

Le procédé CMP est essentiel pour obtenir une finition de haute qualité sur la gaufre, ce qui est essentiel pour la fabrication ultérieure du dispositif.souvent avec une rugosité (Rq) inférieure à 0.5 nm mesurés par microscopie de la force atomique (AFM).

1Q: Le tantalate de lithium est-il le même que le niobate de lithium?Je suis désolée.

R: Non, pas du tout. Le tantalate de lithium (LiTaO3) et le niobate de lithium (LiNbO3) sont des matériaux distincts avec des compositions chimiques différentes (Ta vs.Nb) mais partagent une structure cristalline similaire (groupe spatial R3c) et des propriétés ferroélectriques.

2Q: Le niobate de lithium est-il une pérovskite?Je suis désolée.

R: Non, pas du tout. Le niobate de lithium se cristallise dans une structure non pérovskite (groupe spatial R3c), différente de la structure pérovskite canonique ABX3. Cependant, il présente un comportement féroélectrique semblable à celui de la pérovskite en raison de son cadre octaédrique d'oxygène semblable à ABO3.