פרוסת LNOI 8 אינץ' (LiNbO3 על מבודד) עבור מודולטורים אופטיים, מוליכי גל ומעגלים משולבים
תרשים מפורט
מָבוֹא
פרוסות ליתיום ניובט על מבודד (LNOI) הן חומר חדשני המשמש במגוון יישומים אופטיים ואלקטרוניים מתקדמים. פרוסות אלו מיוצרות על ידי העברת שכבה דקה של ליתיום ניובט (LiNbO₃) על גבי מצע מבודד, בדרך כלל סיליקון או חומר מתאים אחר, תוך שימוש בטכניקות מתוחכמות כמו השתלת יונים והדבקת פרוסות. טכנולוגיית LNOI חולקת קווי דמיון רבים עם טכנולוגיית פרוסות סיליקון על מבודד (SOI), אך מנצלת את התכונות האופטיות הייחודיות של ליתיום ניובט, חומר הידוע במאפייניו הפיזואלקטריים, הפירואלקטריים והלא ליניאריים.
פרוסות ליתיום ניובט (LNOI) זכו לתשומת לב רבה בתחומים כמו אופטיקה משולבת, טלקומוניקציה ומחשוב קוונטי בשל ביצועיהם המעולים ביישומים בתדר גבוה ובמהירות גבוהה. הפרוסות מיוצרות באמצעות טכניקת "Smart-cut", המאפשרת שליטה מדויקת על עובי שכבת הליתיום ניובט הדקה, ומבטיחה שהפרוסות עומדות במפרטים הנדרשים עבור יישומים שונים.
עִקָרוֹן
תהליך יצירת פרוסות ליתיום ניובט (LNOI) מתחיל בגביש ליתיום ניובט בתפזורת. הגביש עובר השתלת יונים, שבה יוני הליום בעלי אנרגיה גבוהה מוחדרים אל פני השטח של גביש הליתיום ניובט. יונים אלה חודרים לגביש לעומק מסוים ומשבשים את מבנה הגביש, ויוצרים מישור שביר שניתן להשתמש בו מאוחר יותר כדי להפריד את הגביש לשכבות דקות. האנרגיה הספציפית של יוני ההליום שולטת בעומק ההשתלה, דבר המשפיע ישירות על עובי שכבת הליתיום ניובט הסופית.
לאחר השתלת יונים, גביש הליתיום ניובט מחובר למצע באמצעות טכניקה הנקראת הדבקת ופלים. תהליך ההדבקה משתמש בדרך כלל בשיטת הדבקה ישירה, שבה שני המשטחים (גביש הליתיום ניובט המושתל ביונים והמצע) נלחצים יחד תחת טמפרטורה ולחץ גבוהים כדי ליצור קשר חזק. במקרים מסוימים, ניתן להשתמש בחומר דבק כמו בנזוציקלוביטן (BCB) לתמיכה נוספת.
לאחר ההדבקה, הפרוסה עוברת תהליך חישול כדי לתקן כל נזק שנגרם כתוצאה מהשתלת היונים ולשפר את הקשר בין השכבות. תהליך החישול גם מסייע לשכבת הליתיום ניובט הדקה להתנתק מהגביש המקורי, ומשאיר אחריה שכבה דקה ואיכותית של ליתיום ניובט שניתן להשתמש בה לייצור המכשיר.
מפרט טכני
פרוסות LNOI מאופיינות במספר מפרטים חשובים המבטיחים את התאמתן ליישומים בעלי ביצועים גבוהים. אלה כוללים:
מפרט חומרים
| חומר | מפרט טכני |
| חוֹמֶר | הומוגני: LiNbO3 |
| איכות החומר | בועות או תכלילים <100μm |
| הִתמַצְאוּת | חיתוך Y ±0.2° |
| צְפִיפוּת | 4.65 גרם/סמ"ק |
| טמפרטורת קירי | 1142 ±1°C |
| שְׁקִיפוּת | >95% בטווח 450-700 ננומטר (עובי 10 מ"מ) |
מפרט ייצור
| פרמטר | מפרט |
| קוֹטֶר | 150 מ"מ ±0.2 מ"מ |
| עוֹבִי | 350 מיקרומטר ±10 מיקרומטר |
| שְׁטִיחוּת | <1.3 מיקרומטר |
| וריאציה כוללת של עובי (TTV) | עיוות <70 מיקרון @ פרוסה 150 מ"מ |
| וריאציה מקומית של עובי (LTV) | <70 מיקרון @ פרוסה של 150 מ"מ |
| חִספּוּס | Rq ≤0.5 ננומטר (ערך AFM RMS) |
| איכות פני השטח | 40-20 |
| חלקיקים (לא ניתנים להסרה) | 100-200 מיקרומטר ≤3 חלקיקים |
| צ'יפס | <300 מיקרומטר (פרוסת קש מלאה, ללא אזור איסור) |
| סדקים | ללא סדקים (וופל מלא) |
| נְגִיעוּת | ללא כתמים שאינם ניתנים להסרה (ופלה מלאה) |
| מַקבִּילוּת | <30 שניות קשת |
| מישור ייחוס אוריינטציה (ציר X) | 47 ±2 מ"מ |
יישומים
פרוסות LNOI משמשות במגוון רחב של יישומים בשל תכונותיהן הייחודיות, במיוחד בתחומי הפוטוניקה, התקשורת והטכנולוגיות הקוונטיות. חלק מהיישומים המרכזיים כוללים:
אופטיקה משולבת:פרוסות ליתיום ניובט (LNOI) נמצאות בשימוש נרחב במעגלים אופטיים משולבים, שם הן מאפשרות התקנים פוטוניים בעלי ביצועים גבוהים כגון מודולטורים, מוליכי גל ומהודים. התכונות האופטיות הלא ליניאריות הגבוהות של ליתיום ניובט הופכות אותו לבחירה מצוינת עבור יישומים הדורשים מניפולציה יעילה של אור.
טלקומוניקציה:פרוסות LNOI משמשות במודולטורים אופטיים, שהם רכיבים חיוניים במערכות תקשורת במהירות גבוהה, כולל רשתות סיבים אופטיים. היכולת לווסת אור בתדרים גבוהים הופכת את פרוסות LNOI לאידיאליות עבור מערכות טלקומוניקציה מודרניות.
מחשוב קוונטי:בטכנולוגיות קוונטיות, פרוסות LNOI משמשות לייצור רכיבים עבור מחשבים קוונטיים ומערכות תקשורת קוונטיות. התכונות האופטיות הלא ליניאריות של LNOI מנוצלות ליצירת זוגות פוטונים שזורים, שהם קריטיים להפצת מפתחות קוונטיים ולקריפטוגרפיה קוונטית.
חיישנים:פרוסות LNOI משמשות במגוון יישומי חישה, כולל חיישנים אופטיים ואקוסטיים. יכולתם לתקשר עם אור וקול כאחד הופכת אותן לגמישות עבור סוגים שונים של טכנולוגיות חישה.
שאלות נפוצות
Q:מהי טכנולוגיית LNOI?
טכנולוגיית A:LNOI כוללת העברת שכבה דקה של ליתיום ניובט על גבי מצע מבודד, בדרך כלל סיליקון. טכנולוגיה זו ממנפת את התכונות הייחודיות של ליתיום ניובט, כגון מאפיינים אופטיים לא ליניאריים גבוהים, פיזואלקטריות ופירואלקטריות, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור אופטיקה משולבת ותקשורת.
Q:מה ההבדל בין פרוסות LNOI ו-SOI?
א: פרוסות LNOI ו-SOI דומות זו לזו בכך שהן מורכבות משכבה דקה של חומר המחוברת למצע. עם זאת, פרוסות LNOI משתמשות בליתיום ניובט כחומר שכבה דקה, בעוד שפרוסות SOI משתמשות בסיליקון. ההבדל העיקרי טמון בתכונות חומר שכבה דקה, כאשר LNOI מציע תכונות אופטיות ופיזואלקטריות מעולות.
Q:מהם היתרונות של שימוש בוופלים של LNOI?
א: היתרונות העיקריים של פרוסות LNOI כוללים את התכונות האופטיות המצוינות שלהם, כגון מקדמים אופטיים לא ליניאריים גבוהים, ואת החוזק המכני שלהם. מאפיינים אלה הופכים את פרוסות LNOI לאידיאליות לשימוש ביישומים במהירות גבוהה, בתדר גבוה וביישומים קוונטיים.
Q:האם ניתן להשתמש בפרוסות LNOI עבור יישומים קוונטיים?
א: כן, פרוסות LNOI נמצאות בשימוש נרחב בטכנולוגיות קוונטיות בשל יכולתן לייצר זוגות פוטונים שזורים והתאימות שלהן לפוטוניקה משולבת. תכונות אלו הן קריטיות ליישומים במחשוב קוונטי, תקשורת וקריפטוגרפיה.
Q:מהו העובי הטיפוסי של סרטי LNOI?
עובי סרטי LNOI נע בדרך כלל בין כמה מאות ננומטרים לכמה מיקרומטרים, בהתאם ליישום הספציפי. העובי נשלט במהלך תהליך השתלת היונים.
