เวเฟอร์ LNOI (LiNbO3 บนฉนวน) ขนาด 8 นิ้วสำหรับวงจรรวมวงจรปรับแสงแบบออปติคัล
แผนภาพรายละเอียด
การแนะนำ
เวเฟอร์ลิเธียมไนโอเบตบนฉนวน (LNOI) เป็นวัสดุล้ำสมัยที่ใช้ในงานออปติกและอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงต่างๆ เวเฟอร์เหล่านี้ผลิตขึ้นโดยการถ่ายโอนชั้นบางๆ ของลิเธียมไนโอเบต (LiNbO₃) ลงบนพื้นผิวฉนวน ซึ่งโดยทั่วไปคือซิลิกอนหรือวัสดุที่เหมาะสมอื่นๆ โดยใช้เทคนิคที่ซับซ้อน เช่น การฝังไอออนและการเชื่อมเวเฟอร์ เทคโนโลยี LNOI มีความคล้ายคลึงกับเทคโนโลยีเวเฟอร์ซิลิเธียมออนฉนวน (SOI) หลายประการ แต่ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางแสงเฉพาะตัวของลิเธียมไนโอเบต ซึ่งเป็นวัสดุที่รู้จักกันในด้านคุณสมบัติทางแสงแบบเพียโซอิเล็กทริก ไพโรอิเล็กทริก และแบบไม่เชิงเส้น
เวเฟอร์ LNOI ได้รับความสนใจอย่างมากในสาขาต่างๆ เช่น ออปติกแบบบูรณาการ โทรคมนาคม และการคำนวณควอนตัม เนื่องจากมีประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในแอปพลิเคชันความถี่สูงและความเร็วสูง เวเฟอร์ผลิตขึ้นโดยใช้เทคนิค "Smart-cut" ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มบางลิเธียมไนโอเบตได้อย่างแม่นยำ ทำให้มั่นใจได้ว่าเวเฟอร์จะตรงตามข้อกำหนดที่จำเป็นสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ
หลักการ
กระบวนการสร้างเวเฟอร์ LNOI เริ่มต้นด้วยผลึกลิเธียมไนโอเบตจำนวนมาก ผลึกจะผ่านการฝังไอออน โดยไอออนฮีเลียมพลังงานสูงจะถูกนำเข้าสู่พื้นผิวของผลึกลิเธียมไนโอเบต ไอออนเหล่านี้จะทะลุผ่านผลึกไปจนถึงความลึกที่กำหนดและทำลายโครงสร้างของผลึก ทำให้เกิดระนาบที่เปราะบางซึ่งภายหลังสามารถนำมาใช้แยกผลึกออกเป็นชั้นบางๆ ได้ พลังงานเฉพาะของไอออนฮีเลียมจะควบคุมความลึกของการฝัง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความหนาของชั้นลิเธียมไนโอเบตขั้นสุดท้าย
หลังจากฝังไอออนแล้ว ผลึกลิเธียมไนโอเบตจะถูกยึดติดกับพื้นผิวโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าการยึดติดแบบเวเฟอร์ กระบวนการยึดติดโดยทั่วไปจะใช้วิธีการยึดติดโดยตรง โดยพื้นผิวทั้งสอง (ผลึกลิเธียมไนโอเบตที่ฝังไอออนและพื้นผิว) จะถูกกดเข้าด้วยกันภายใต้ความร้อนและแรงดันสูงเพื่อสร้างการยึดติดที่แข็งแรง ในบางกรณี อาจใช้สารยึดติด เช่น เบนโซไซโคลบิวทีน (BCB) เพื่อการรองรับเพิ่มเติม
หลังจากการเชื่อมติดแล้ว เวเฟอร์จะเข้าสู่กระบวนการอบอ่อนเพื่อซ่อมแซมความเสียหายใดๆ ที่เกิดจากการฝังไอออนและเพื่อเพิ่มการเชื่อมติดระหว่างชั้นต่างๆ กระบวนการอบอ่อนยังช่วยให้ชั้นลิเธียมไนโอเบตบางๆ แยกตัวออกจากผลึกเดิม ทิ้งชั้นลิเธียมไนโอเบตคุณภาพสูงบางๆ ไว้ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการผลิตอุปกรณ์ได้
ข้อมูลจำเพาะ
เวเฟอร์ LNOI มีลักษณะเฉพาะที่สำคัญหลายประการที่รับประกันว่าเหมาะสำหรับการใช้งานประสิทธิภาพสูง ซึ่งได้แก่:
ข้อมูลจำเพาะของวัสดุ
| วัสดุ | ข้อมูลจำเพาะ |
| วัสดุ | เนื้อเดียวกัน: LiNbO3 |
| คุณภาพของวัสดุ | ฟองอากาศหรือสิ่งที่รวมอยู่ <100μm |
| ปฐมนิเทศ | ตัดแบบ Y ±0.2° |
| ความหนาแน่น | 4.65 ก./ซม.³ |
| 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 |
| ความแบน | <1.3 ไมโครเมตร |
| การเปลี่ยนแปลงความหนารวม (TTV) | การบิดเบี้ยว <70 μm @ เวเฟอร์ 150 มม. |
| การเปลี่ยนแปลงความหนาในพื้นที่ (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 | ไม่มีคราบสกปรกที่ไม่สามารถขจัดออกได้ (แผ่นเต็ม) |
| การประมวลผลแบบคู่ขนาน | <30 วินาทีเชิงมุม |
| ระนาบอ้างอิงการวางแนว (แกน X) | 47 ±2 มม. |
แอปพลิเคชั่น
เวเฟอร์ LNOI ถูกนำมาใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ มากมาย เนื่องจากมีคุณสมบัติเฉพาะตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาโฟโตนิกส์ โทรคมนาคม และเทคโนโลยีควอนตัม แอปพลิเคชันหลักบางส่วน ได้แก่:
เลนส์รวม:เวเฟอร์ LNOI ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรออปติกแบบรวม ซึ่งช่วยให้สามารถทำอุปกรณ์โฟโตนิกประสิทธิภาพสูง เช่น โมดูเลเตอร์ เวฟไกด์ และเรโซเนเตอร์ได้ คุณสมบัติทางแสงแบบไม่เชิงเส้นสูงของลิเธียมไนโอเบตทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานที่ต้องการการจัดการแสงที่มีประสิทธิภาพ
โทรคมนาคม:เวเฟอร์ LNOI ใช้ในตัวควบคุมแสง ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบสื่อสารความเร็วสูง รวมถึงเครือข่ายใยแก้วนำแสง ความสามารถในการควบคุมแสงที่ความถี่สูงทำให้เวเฟอร์ LNOI เหมาะอย่างยิ่งสำหรับระบบโทรคมนาคมสมัยใหม่
คอมพิวเตอร์ควอนตัม:ในเทคโนโลยีควอนตัม เวเฟอร์ LNOI ถูกใช้เพื่อผลิตส่วนประกอบสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมและระบบสื่อสารควอนตัม คุณสมบัติทางแสงแบบไม่เชิงเส้นของ LNOI ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างคู่โฟตอนที่พันกัน ซึ่งมีความสำคัญต่อการกระจายคีย์ควอนตัมและการเข้ารหัสควอนตัม
เซ็นเซอร์:เวเฟอร์ LNOI ใช้ในแอปพลิเคชันการตรวจจับต่างๆ รวมถึงเซ็นเซอร์ออปติคัลและอะคูสติก ความสามารถในการโต้ตอบกับทั้งแสงและเสียงทำให้เวเฟอร์ LNOI มีความยืดหยุ่นสำหรับเทคโนโลยีการตรวจจับประเภทต่างๆ
คำถามที่พบบ่อย
Q:เทคโนโลยี LNOI คืออะไร?
A: เทคโนโลยี LNOI เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนฟิล์มลิเธียมไนโอเบตบางๆ ไปยังซับสเตรตฉนวน ซึ่งโดยทั่วไปคือซิลิกอน เทคโนโลยีนี้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเฉพาะตัวของลิเธียมไนโอเบต เช่น ลักษณะออปติกแบบไม่เชิงเส้นสูง พีโซอิเล็กทริก และไพโรอิเล็กทริก ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับออปติกแบบบูรณาการและโทรคมนาคม
Q:ความแตกต่างระหว่างเวเฟอร์ LNOI และ SOI คืออะไร?
A: เวเฟอร์ทั้ง LNOI และ SOI มีความคล้ายคลึงกันตรงที่ประกอบด้วยวัสดุชั้นบางๆ ที่ยึดติดกับพื้นผิว อย่างไรก็ตาม เวเฟอร์ LNOI ใช้ลิเธียมไนโอเบตเป็นวัสดุฟิล์มบาง ในขณะที่เวเฟอร์ SOI ใช้ซิลิกอน ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่คุณสมบัติของวัสดุฟิล์มบาง โดยที่ LNOI ให้คุณสมบัติทางแสงและพีโซอิเล็กทริกที่เหนือกว่า
Q:ข้อดีของการใช้เวเฟอร์ LNOI มีอะไรบ้าง?
A: ข้อได้เปรียบหลักของเวเฟอร์ LNOI ได้แก่ คุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยม เช่น ค่าสัมประสิทธิ์ออปติกแบบไม่เชิงเส้นสูง และความแข็งแรงเชิงกล ลักษณะเฉพาะเหล่านี้ทำให้เวเฟอร์ LNOI เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานความเร็วสูง ความถี่สูง และแอปพลิเคชันควอนตัม
Q:เวเฟอร์ LNOI สามารถนำมาใช้กับแอปพลิเคชั่นควอนตัมได้หรือไม่
A: ใช่ เวเฟอร์ LNOI ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีควอนตัมเนื่องจากความสามารถในการสร้างคู่โฟตอนพันกันและความเข้ากันได้กับโฟโตนิกส์แบบบูรณาการ คุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในการคำนวณเชิงควอนตัม การสื่อสาร และการเข้ารหัส
Q:ความหนาโดยทั่วไปของฟิล์ม LNOI คือเท่าใด
A: ฟิล์ม LNOI โดยทั่วไปจะมีความหนาตั้งแต่ไม่กี่ร้อยนาโนเมตรไปจนถึงหลายไมโครเมตร ขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ ความหนาจะถูกควบคุมระหว่างกระบวนการฝังไอออน
