LNOI Wafer 2/3/4/6/8 นิ้ว LiNbO3, อุปกรณ์ฟอทอนิกที่สามารถปรับแต่งได้

อุปกรณ์โฟโตนิก LNOI Wafer 2/3/4/6/8 นิ้ว (Si/LiNbO₃, ปรับแต่งได้)

แนะนำเกี่ยวกับ LNOI Wafer

คริสตัล LiNbO3 ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเป็นตัวคูณความถี่สำหรับความยาวคลื่น > 1um และออสซิลเลเตอร์พารามิเตอร์แสง (OPOs) ที่ปั๊มที่ 1064 nm รวมถึงอุปกรณ์แบบ quasi-phase-matched (QPM) เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์ Elector-Optic (E-O) และ Acousto-Optic (A-O) ที่มีขนาดใหญ่ คริสตัล LiNbO3 จึงเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเซลล์ Pockel, Q-switches และ phase modulators, waveguide substrate และ surface acoustic wave (SAW) wafers เป็นต้น

ประสบการณ์มากมายของเราในการปลูกและผลิตจำนวนมากสำหรับ Lithium Niobate เกรด Optical ทั้งแบบ boule และ wafers เรามีสิ่งอำนวยความสะดวกขั้นสูงในการปลูกคริสตัล การหั่น การขัดผิว wafer การขัดเงาและการตรวจสอบ ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปทั้งหมดผ่านการทดสอบอุณหภูมิคูรีและการตรวจสอบ QC wafers ทั้งหมดอยู่ภายใต้การควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดและได้รับการตรวจสอบ และอยู่ภายใต้การทำความสะอาดพื้นผิวและการควบคุมความเรียบอย่างเข้มงวดเช่นกัน

ข้อมูลจำเพาะ ของ LNOI Wafer

คุณสมบัติ​​ ของ LNOI Wafer

การผลิต Lithium Niobate บนแผ่นฉนวน (LNOI) เกี่ยวข้องกับชุดขั้นตอนที่ซับซ้อนซึ่งรวมวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคนิคการผลิตขั้นสูง กระบวนการนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างฟิล์มลิเธียมไนโอเบต (LiNbO₃) บางคุณภาพสูงที่ยึดติดกับพื้นผิวฉนวน เช่น ซิลิคอนหรือลิเธียมไนโอเบตเอง ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียดของกระบวนการ:

ขั้นตอนที่ 1: การปลูกถ่ายไอออน

ขั้นตอนแรกในการผลิต LNOI wafers เกี่ยวข้องกับการปลูกถ่ายไอออน คริสตัลลิเธียมไนโอเบตจำนวนมากถูกฉีดด้วยไอออนฮีเลียม (He) พลังงานสูงเข้าไปในพื้นผิว เครื่องปลูกถ่ายไอออนจะเร่งไอออนฮีเลียม ซึ่งจะเจาะเข้าไปในคริสตัลลิเธียมไนโอเบตในระดับความลึกที่เฉพาะเจาะจง

พลังงานของไอออนฮีเลียมถูกควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ความลึกที่ต้องการในคริสตัล เมื่อไอออนเดินทางผ่านคริสตัล พวกมันจะโต้ตอบกับโครงสร้างแลตทิซของวัสดุ ทำให้เกิดการรบกวนของอะตอมซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของระนาบที่อ่อนแอ ซึ่งเรียกว่า "ชั้นการปลูกถ่าย" ชั้นนี้จะช่วยให้คริสตัลถูกแยกออกเป็นสองชั้นที่แตกต่างกัน โดยที่ชั้นบน (เรียกว่า Layer A) จะกลายเป็นฟิล์มลิเธียมไนโอเบตบางที่จำเป็นสำหรับ LNOI

ความหนาของฟิล์มบางนี้ได้รับอิทธิพลโดยตรงจากความลึกของการปลูกถ่าย ซึ่งควบคุมโดยพลังงานของไอออนฮีเลียม ไอออนจะสร้างการกระจายแบบเกาส์ที่ส่วนต่อประสาน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันความสม่ำเสมอในฟิล์มสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 2: การเตรียมพื้นผิว

เมื่อกระบวนการปลูกถ่ายไอออนเสร็จสิ้น ขั้นตอนต่อไปคือการเตรียมพื้นผิวที่จะรองรับฟิล์มลิเธียมไนโอเบตบาง สำหรับ LNOI wafers วัสดุพื้นผิวทั่วไป ได้แก่ ซิลิคอน (Si) หรือลิเธียมไนโอเบต (LN) เอง พื้นผิวต้องให้การรองรับทางกลสำหรับฟิล์มบางและรับประกันความเสถียรในระยะยาวในระหว่างขั้นตอนการประมวลผลในภายหลัง

ในการเตรียมพื้นผิว โดยทั่วไปจะมีการสะสมชั้นฉนวน SiO₂ (ซิลิคอนไดออกไซด์) ลงบนพื้นผิวของพื้นผิวซิลิคอนโดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การเกิดออกซิเดชันด้วยความร้อนหรือ PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) ชั้นนี้ทำหน้าที่เป็นตัวกลางฉนวนระหว่างฟิล์มลิเธียมไนโอเบตและพื้นผิวซิลิคอน ในบางกรณี หากชั้น SiO₂ ไม่เรียบเพียงพอ จะมีการใช้กระบวนการ Chemical Mechanical Polishing (CMP) เพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวมีความสม่ำเสมอและพร้อมสำหรับกระบวนการยึดติด

ขั้นตอนที่ 3: การยึดติดฟิล์มบาง

หลังจากเตรียมพื้นผิวแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการยึดติดฟิล์มลิเธียมไนโอเบตบาง (Layer A) เข้ากับพื้นผิว คริสตัลลิเธียมไนโอเบต หลังจากปลูกถ่ายไอออนแล้ว จะถูกพลิก 180 องศาและวางบนพื้นผิวที่เตรียมไว้ กระบวนการยึดติดมักจะดำเนินการโดยใช้เทคนิคการยึดติด wafer

ในการยึดติด wafer ทั้งคริสตัลลิเธียมไนโอเบตและพื้นผิวจะถูกนำไปใช้กับแรงดันและอุณหภูมิสูง ซึ่งทำให้พื้นผิวทั้งสองยึดติดกันอย่างแน่นหนา กระบวนการยึดติดโดยตรงมักจะไม่ต้องใช้วัสดุที่เป็นกาว และพื้นผิวจะถูกยึดติดในระดับโมเลกุล เพื่อวัตถุประสงค์ในการวิจัย อาจใช้ benzocyclobutene (BCB) เป็นวัสดุยึดติดกลางเพื่อให้การรองรับเพิ่มเติม แม้ว่าจะไม่ค่อยได้ใช้ในการผลิตเชิงพาณิชย์เนื่องจากความเสถียรในระยะยาวมีจำกัด

ขั้นตอนที่ 4: การอบอ่อนและการแยกชั้น

หลังจากกระบวนการยึดติด wafer ที่ยึดติดจะผ่านการอบอ่อน การอบอ่อนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงความแข็งแรงของพันธะระหว่างชั้นลิเธียมไนโอเบตและพื้นผิว ตลอดจนการซ่อมแซมความเสียหายที่เกิดจากกระบวนการปลูกถ่ายไอออน

ในระหว่างการอบอ่อน wafer ที่ยึดติดจะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิที่เฉพาะเจาะจงและคงไว้ที่อุณหภูมินั้นเป็นระยะเวลาหนึ่ง กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่เสริมสร้างพันธะระหว่างพื้นผิวเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดการก่อตัวของไมโครบับเบิลในชั้นที่ปลูกถ่ายไอออนอีกด้วย ฟองอากาศเหล่านี้ค่อยๆ ทำให้ชั้นลิเธียมไนโอเบต (Layer A) แยกออกจากคริสตัลลิเธียมไนโอเบตจำนวนมากดั้งเดิม (Layer B)

เมื่อเกิดการแยกตัว เครื่องมือกลจะถูกใช้เพื่อแยกสองชั้นออกจากกัน ทำให้เหลือฟิล์มลิเธียมไนโอเบตบางคุณภาพสูง (Layer A) บนพื้นผิว อุณหภูมิจะลดลงอย่างช้าๆ จนถึงอุณหภูมิห้อง ทำให้กระบวนการอบอ่อนและการแยกชั้นเสร็จสมบูรณ์

ขั้นตอนที่ 5: CMP Planarization

หลังจากแยกชั้นลิเธียมไนโอเบตแล้ว โดยทั่วไปพื้นผิวของ LNOI wafer จะขรุขระและไม่สม่ำเสมอ เพื่อให้ได้คุณภาพพื้นผิวที่ต้องการ wafer จะผ่านกระบวนการ Chemical Mechanical Polishing (CMP) ขั้นสุดท้าย CMP ทำให้พื้นผิวของ wafer เรียบขึ้น ขจัดความขรุขระที่เหลืออยู่ และทำให้แน่ใจว่าฟิล์มบางนั้นเป็นระนาบ

กระบวนการ CMP มีความจำเป็นสำหรับการได้มาซึ่งผิวสำเร็จคุณภาพสูงบน wafer ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการผลิตอุปกรณ์ในภายหลัง พื้นผิวจะถูกขัดเงาในระดับที่ละเอียดมาก บ่อยครั้งที่มีความขรุขระ (Rq) น้อยกว่า 0.5 nm ตามที่วัดโดย Atomic Force Microscopy (AFM)

การประยุกต์ใช้ LNOI wafer