เวเฟอร์ LNOI (LiNbO3 บนฉนวน) ขนาด 8 นิ้ว สำหรับวงจรรวมวงจรปรับแสง วงจรนำคลื่น
แผนภาพรายละเอียด
การแนะนำ
เวเฟอร์ลิเธียมไนโอเบตแบบออนอินซูเลเตอร์ (LNOI) เป็นวัสดุล้ำสมัยที่ใช้ในงานออปติคัลและอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงหลากหลายประเภท เวเฟอร์เหล่านี้ผลิตขึ้นโดยการถ่ายโอนลิเธียมไนโอเบต (LiNbO₃) บางๆ ลงบนพื้นผิวฉนวน ซึ่งโดยทั่วไปคือซิลิคอนหรือวัสดุอื่นๆ ที่เหมาะสม โดยใช้เทคนิคที่ซับซ้อน เช่น การฝังไอออนและการเชื่อมติดเวเฟอร์ เทคโนโลยี LNOI มีความคล้ายคลึงกับเทคโนโลยีเวเฟอร์ซิลิคอนออนอินซูเลเตอร์ (SOI) หลายประการ แต่ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางแสงที่เป็นเอกลักษณ์ของลิเธียมไนโอเบต ซึ่งเป็นวัสดุที่ขึ้นชื่อเรื่องคุณสมบัติทางแสงแบบเพียโซอิเล็กทริก ไพโรอิเล็กทริก และแบบไม่เชิงเส้น
เวเฟอร์ LNOI ได้รับความสนใจอย่างมากในสาขาต่างๆ เช่น ออปติกส์แบบบูรณาการ โทรคมนาคม และควอนตัมคอมพิวติ้ง เนื่องจากมีประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในการใช้งานความถี่สูงและความเร็วสูง เวเฟอร์เหล่านี้ผลิตโดยใช้เทคนิค "Smart-cut" ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มบางลิเธียมไนโอเบตได้อย่างแม่นยำ ทำให้มั่นใจได้ว่าเวเฟอร์มีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
หลักการ
กระบวนการสร้างเวเฟอร์ LNOI เริ่มต้นด้วยผลึกลิเธียมไนโอเบตจำนวนมาก ผลึกจะผ่านการฝังไอออน โดยไอออนฮีเลียมพลังงานสูงจะถูกนำเข้าสู่พื้นผิวของผลึกลิเธียมไนโอเบต ไอออนเหล่านี้จะแทรกซึมเข้าไปในผลึกจนถึงระดับความลึกที่กำหนดและทำลายโครงสร้างผลึก ทำให้เกิดระนาบที่เปราะบาง ซึ่งสามารถนำมาใช้แยกผลึกออกเป็นชั้นบางๆ ในภายหลัง พลังงานจำเพาะของไอออนฮีเลียมจะควบคุมความลึกของการฝัง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความหนาของชั้นลิเธียมไนโอเบตขั้นสุดท้าย
หลังจากการฝังไอออน ผลึกลิเธียมไนโอเบตจะถูกยึดติดกับวัสดุรองรับโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าการเชื่อมแบบเวเฟอร์ โดยทั่วไปกระบวนการเชื่อมจะใช้วิธีการเชื่อมโดยตรง โดยพื้นผิวทั้งสอง (ผลึกลิเธียมไนโอเบตที่ฝังไอออนและพื้นผิวรองรับ) จะถูกกดเข้าด้วยกันภายใต้อุณหภูมิและแรงดันสูงเพื่อสร้างพันธะที่แข็งแรง ในบางกรณี อาจใช้วัสดุยึดติด เช่น เบนโซไซโคลบิวทีน (BCB) เป็นตัวรองรับเพิ่มเติม
หลังจากการเชื่อมติดแล้ว เวเฟอร์จะเข้าสู่กระบวนการอบอ่อนเพื่อซ่อมแซมความเสียหายที่เกิดจากการฝังไอออน และเพื่อเสริมสร้างพันธะระหว่างชั้นต่างๆ กระบวนการอบอ่อนยังช่วยให้ชั้นลิเธียมไนโอเบตบางๆ หลุดออกจากผลึกเดิม เหลือไว้เพียงชั้นลิเธียมไนโอเบตคุณภาพสูงบางๆ ที่สามารถนำไปใช้ในการผลิตอุปกรณ์ได้
ข้อมูลจำเพาะ
เวเฟอร์ LNOI มีคุณสมบัติเด่นหลายประการที่รับประกันความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งรวมถึง:
ข้อมูลจำเพาะของวัสดุ
| วัสดุ | ข้อมูลจำเพาะ |
| วัสดุ | เนื้อเดียวกัน: LiNbO3 |
| คุณภาพของวัสดุ | ฟองอากาศหรือสิ่งเจือปน <100μm |
| ปฐมนิเทศ | ตัดแบบ Y ±0.2° |
| ความหนาแน่น | 4.65 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร |
| อุณหภูมิคูรี | 1142 ±1 องศาเซลเซียส |
| ความโปร่งใส | >95% ในช่วง 450-700 นาโนเมตร (ความหนา 10 มม.) |
ข้อมูลจำเพาะการผลิต
| พารามิเตอร์ | ข้อมูลจำเพาะ |
| เส้นผ่านศูนย์กลาง | 150 มม. ±0.2 มม. |
| ความหนา | 350 ไมโครเมตร ±10 ไมโครเมตร |
| ความแบนราบ | <1.3 ไมโครเมตร |
| การเปลี่ยนแปลงความหนารวม (TTV) | การโก่ง <70 μm @ เวเฟอร์ 150 มม. |
| การเปลี่ยนแปลงความหนาเฉพาะที่ (LTV) | <70 μm @ เวเฟอร์ 150 มม. |
| ความหยาบ | Rq ≤0.5 nm (ค่า AFM RMS) |
| คุณภาพพื้นผิว | 40-20 |
| อนุภาค (ไม่สามารถถอดออกได้) | 100-200 μm ≤3 อนุภาค |
| ชิป | <300 μm (เวเฟอร์เต็ม ไม่มีโซนยกเว้น) |
| รอยแตกร้าว | ไม่มีรอยแตกร้าว (แผ่นเวเฟอร์เต็มแผ่น) |
| การปนเปื้อน | ไม่มีคราบฝังแน่น (แผ่นเต็ม) |
| การทำงานแบบคู่ขนาน | <30 วินาทีเชิงมุม |
| ระนาบอ้างอิงการวางแนว (แกน X) | 47 ±2 มม. |
แอปพลิเคชัน
เวเฟอร์ LNOI ถูกนำมาใช้ในหลากหลายการใช้งาน เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาโฟโตนิกส์ โทรคมนาคม และเทคโนโลยีควอนตัม การประยุกต์ใช้งานที่สำคัญ ได้แก่:
เลนส์บูรณาการ:เวเฟอร์ LNOI ถูกใช้อย่างแพร่หลายในวงจรออปติคัลแบบรวม ซึ่งทำให้สามารถผลิตอุปกรณ์โฟโตนิกส์ประสิทธิภาพสูง เช่น ตัวปรับสัญญาณ ตัวนำคลื่น และตัวสะท้อนสัญญาณ คุณสมบัติทางแสงแบบไม่เชิงเส้นสูงของลิเธียมไนโอเบตทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานที่ต้องการการจัดการแสงอย่างมีประสิทธิภาพ
โทรคมนาคม:เวเฟอร์ LNOI ถูกใช้ในอุปกรณ์ปรับแสงแบบออปติคัล ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบสื่อสารความเร็วสูง รวมถึงเครือข่ายใยแก้วนำแสง ความสามารถในการปรับแสงที่ความถี่สูงทำให้เวเฟอร์ LNOI เหมาะอย่างยิ่งสำหรับระบบโทรคมนาคมสมัยใหม่
คอมพิวเตอร์ควอนตัม:ในเทคโนโลยีควอนตัม เวเฟอร์ LNOI ถูกนำมาใช้ในการผลิตส่วนประกอบสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมและระบบสื่อสารควอนตัม คุณสมบัติเชิงแสงแบบไม่เชิงเส้นของ LNOI ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างคู่โฟตอนพันกัน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกระจายคีย์ควอนตัมและการเข้ารหัสควอนตัม
เซ็นเซอร์:เวเฟอร์ LNOI ถูกนำมาใช้ในแอปพลิเคชันการตรวจจับที่หลากหลาย รวมถึงเซ็นเซอร์แบบออปติคัลและแบบอะคูสติก ความสามารถในการโต้ตอบกับทั้งแสงและเสียงทำให้เวเฟอร์ LNOI มีความหลากหลายในการใช้งานกับเทคโนโลยีการตรวจจับประเภทต่างๆ
คำถามที่พบบ่อย
Q:เทคโนโลยี LNOI คืออะไร?
A: เทคโนโลยี LNOI เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนฟิล์มลิเธียมไนโอเบตบางๆ ไปยังวัสดุฉนวน ซึ่งโดยทั่วไปคือซิลิคอน เทคโนโลยีนี้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเฉพาะของลิเธียมไนโอเบต เช่น คุณสมบัติเชิงแสงแบบไม่เชิงเส้นสูง ความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และความเป็นไพโรอิเล็กทริก ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานด้านออปติกแบบบูรณาการและการสื่อสารโทรคมนาคม
Q:ความแตกต่างระหว่างเวเฟอร์ LNOI และ SOI คืออะไร?
ตอบ: เวเฟอร์ทั้ง LNOI และ SOI มีความคล้ายคลึงกันตรงที่ประกอบด้วยวัสดุชั้นบางๆ ที่ยึดติดกับแผ่นรองรับ อย่างไรก็ตาม เวเฟอร์ LNOI ใช้ลิเธียมไนโอเบตเป็นวัสดุฟิล์มบาง ในขณะที่เวเฟอร์ SOI ใช้ซิลิกอน ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่คุณสมบัติของวัสดุฟิล์มบาง โดย LNOI ให้คุณสมบัติทางแสงและคุณสมบัติทางเพียโซอิเล็กทริกที่เหนือกว่า
Q:การใช้เวเฟอร์ LNOI มีข้อดีอะไรบ้าง?
ตอบ: ข้อได้เปรียบหลักของเวเฟอร์ LNOI คือคุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยม เช่น ค่าสัมประสิทธิ์เชิงแสงแบบไม่เชิงเส้นสูง และความแข็งแรงเชิงกล คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เวเฟอร์ LNOI เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานความเร็วสูง ความถี่สูง และควอนตัม
Q:เวเฟอร์ LNOI สามารถนำมาใช้กับแอปพลิเคชันควอนตัมได้หรือไม่
ตอบ: ใช่ เวเฟอร์ LNOI ถูกใช้อย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีควอนตัม เนื่องจากความสามารถในการสร้างคู่โฟตอนพันกันและความเข้ากันได้กับโฟโตนิกส์เชิงรวม คุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประยุกต์ใช้ในการประมวลผลควอนตัม การสื่อสาร และการเข้ารหัส
Q:ความหนาโดยทั่วไปของฟิล์ม LNOI คือเท่าไร?
ตอบ: โดยทั่วไปฟิล์ม LNOI จะมีความหนาตั้งแต่ไม่กี่ร้อยนาโนเมตรไปจนถึงหลายไมโครเมตร ขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ ความหนาจะถูกควบคุมในระหว่างกระบวนการฝังไอออน
