Wafer LNOI (LiNbO3 su isolante) da 8 pollici per modulatori ottici, guide d'onda e circuiti integrati
Diagramma dettagliato
Introduzione
I wafer di niobato di litio su isolante (LNOI) sono un materiale all'avanguardia utilizzato in diverse applicazioni ottiche ed elettroniche avanzate. Questi wafer vengono prodotti trasferendo un sottile strato di niobato di litio (LiNbO₃) su un substrato isolante, tipicamente silicio o un altro materiale idoneo, utilizzando tecniche sofisticate come l'impianto ionico e il wafer bonding. La tecnologia LNOI condivide molte somiglianze con la tecnologia dei wafer di silicio su isolante (SOI), ma sfrutta le proprietà ottiche uniche del niobato di litio, un materiale noto per le sue caratteristiche ottiche piezoelettriche, piroelettriche e non lineari.
I wafer LNOI hanno attirato notevole attenzione in settori come l'ottica integrata, le telecomunicazioni e l'informatica quantistica grazie alle loro prestazioni superiori in applicazioni ad alta frequenza e alta velocità. I wafer vengono prodotti utilizzando la tecnica "Smart-cut", che consente un controllo preciso dello spessore del film sottile di niobato di litio, garantendo che i wafer soddisfino le specifiche richieste per diverse applicazioni.
Principio
Il processo di creazione dei wafer LNOI inizia con un cristallo di niobato di litio in massa. Il cristallo viene sottoposto a impianto ionico, in cui ioni di elio ad alta energia vengono introdotti sulla superficie del cristallo di niobato di litio. Questi ioni penetrano nel cristallo fino a una profondità specifica e ne interrompono la struttura cristallina, creando un piano fragile che può essere successivamente utilizzato per separare il cristallo in strati sottili. L'energia specifica degli ioni di elio controlla la profondità di impianto, che influisce direttamente sullo spessore dello strato finale di niobato di litio.
Dopo l'impianto ionico, il cristallo di niobato di litio viene legato a un substrato utilizzando una tecnica chiamata "wafer bonding". Il processo di legame utilizza in genere un metodo di legame diretto, in cui le due superfici (il cristallo di niobato di litio impiantato con ioni e il substrato) vengono pressate insieme ad alta temperatura e pressione per creare un legame forte. In alcuni casi, può essere utilizzato un materiale adesivo come il benzociclobutene (BCB) per un ulteriore supporto.
Dopo la saldatura, il wafer viene sottoposto a un processo di ricottura per riparare eventuali danni causati dall'impianto ionico e migliorare l'adesione tra gli strati. Il processo di ricottura favorisce anche il distacco del sottile strato di niobato di litio dal cristallo originale, lasciando uno strato sottile e di alta qualità di niobato di litio che può essere utilizzato per la fabbricazione di dispositivi.
Specifiche
I wafer LNOI sono caratterizzati da diverse specifiche importanti che ne garantiscono l'idoneità per applicazioni ad alte prestazioni. Tra queste:
Specifiche del materiale
| Materiale | Specifiche |
| Materiale | Omogeneo: LiNbO3 |
| Qualità del materiale | Bolle o inclusioni <100μm |
| Orientamento | Taglio a Y ±0,2° |
| Densità | 4,65 g/cm³ |
| Temperatura di Curie | 1142 ±1°C |
| Trasparenza | >95% nell'intervallo 450-700 nm (spessore 10 mm) |
Specifiche di produzione
| Parametro | Specifiche |
| Diametro | 150 millimetri ±0,2 millimetri |
| Spessore | 350 μm ±10 μm |
| Planarità | <1,3 μm |
| Variazione dello spessore totale (TTV) | Deformazione <70 μm a wafer da 150 mm |
| Variazione di spessore locale (LTV) | <70 μm a wafer da 150 mm |
| Rugosità | Rq ≤0,5 nm (valore RMS AFM) |
| Qualità della superficie | 40-20 |
| Particelle (non rimovibili) | 100-200 μm ≤3 particelle |
| Patatine fritte | <300 μm (wafer pieno, nessuna zona di esclusione) |
| crepe | Nessuna crepa (wafer pieno) |
| Contaminazione | Nessuna macchia non rimovibile (cialda intera) |
| Parallelismo | <30 secondi d'arco |
| Piano di riferimento dell'orientamento (asse X) | 47 ±2 millimetri |
Applicazioni
Grazie alle loro proprietà uniche, i wafer LNOI sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, in particolare nei campi della fotonica, delle telecomunicazioni e delle tecnologie quantistiche. Tra le principali applicazioni figurano:
Ottica integrata:I wafer LNOI sono ampiamente utilizzati nei circuiti ottici integrati, dove consentono la realizzazione di dispositivi fotonici ad alte prestazioni come modulatori, guide d'onda e risonatori. Le elevate proprietà ottiche non lineari del niobato di litio lo rendono una scelta eccellente per applicazioni che richiedono un'efficiente manipolazione della luce.
Telecomunicazioni:I wafer LNOI vengono utilizzati nei modulatori ottici, componenti essenziali nei sistemi di comunicazione ad alta velocità, comprese le reti in fibra ottica. La capacità di modulare la luce ad alte frequenze rende i wafer LNOI ideali per i moderni sistemi di telecomunicazione.
Calcolo quantistico:Nelle tecnologie quantistiche, i wafer LNOI vengono utilizzati per fabbricare componenti per computer quantistici e sistemi di comunicazione quantistica. Le proprietà ottiche non lineari dell'LNOI vengono sfruttate per creare coppie di fotoni entangled, fondamentali per la distribuzione di chiavi quantistiche e la crittografia quantistica.
Sensori:I wafer LNOI vengono utilizzati in diverse applicazioni di rilevamento, inclusi sensori ottici e acustici. La loro capacità di interagire sia con la luce che con il suono li rende versatili per diversi tipi di tecnologie di rilevamento.
Domande frequenti
Q:Che cos'è la tecnologia LNOI?
A: La tecnologia LNOI prevede il trasferimento di un sottile film di niobato di litio su un substrato isolante, tipicamente silicio. Questa tecnologia sfrutta le proprietà uniche del niobato di litio, come le sue elevate caratteristiche ottiche non lineari, la piezoelettricità e la piroelettricità, rendendolo ideale per l'ottica integrata e le telecomunicazioni.
Q:Qual è la differenza tra i wafer LNOI e SOI?
R: Sia i wafer LNOI che quelli SOI sono simili in quanto costituiti da un sottile strato di materiale legato a un substrato. Tuttavia, i wafer LNOI utilizzano il niobato di litio come materiale a film sottile, mentre i wafer SOI utilizzano il silicio. La differenza principale risiede nelle proprietà del materiale a film sottile, con l'LNOI che offre proprietà ottiche e piezoelettriche superiori.
Q:Quali sono i vantaggi dell'utilizzo di wafer LNOI?
R: I principali vantaggi dei wafer LNOI includono le loro eccellenti proprietà ottiche, come gli elevati coefficienti ottici non lineari, e la loro resistenza meccanica. Queste caratteristiche rendono i wafer LNOI ideali per l'uso in applicazioni ad alta velocità, alta frequenza e quantistiche.
Q:I wafer LNOI possono essere utilizzati per applicazioni quantistiche?
R: Sì, i wafer LNOI sono ampiamente utilizzati nelle tecnologie quantistiche grazie alla loro capacità di generare coppie di fotoni entangled e alla loro compatibilità con la fotonica integrata. Queste proprietà sono cruciali per applicazioni nel calcolo quantistico, nelle comunicazioni e nella crittografia.
Q:Qual è lo spessore tipico delle pellicole LNOI?
A: I film LNOI hanno in genere uno spessore che va da poche centinaia di nanometri a diversi micrometri, a seconda dell'applicazione specifica. Lo spessore viene controllato durante il processo di impianto ionico.
