رقاقة LNOI (LiNbO3 على عازل) مقاس 8 بوصات للمعدلات الضوئية، والموجهات الضوئية، والدوائر المتكاملة
رسم تخطيطي مفصل
مقدمة
تُعدّ رقائق نيوبات الليثيوم على العازل (LNOI) مادةً متطورةً تُستخدم في العديد من التطبيقات البصرية والإلكترونية المتقدمة. تُنتَج هذه الرقائق بنقل طبقة رقيقة من نيوبات الليثيوم (LiNbO₃) إلى ركيزة عازلة، عادةً ما تكون من السيليكون أو مادة مناسبة أخرى، باستخدام تقنيات متطورة مثل زرع الأيونات وربط الرقائق. تتشابه تقنية LNOI في كثير من الجوانب مع تقنية رقائق السيليكون على العازل (SOI)، ولكنها تستفيد من الخصائص البصرية الفريدة لنيوبات الليثيوم، وهي مادة معروفة بخصائصها الكهروإجهادية والكهروحرارية والبصرية غير الخطية.
حظيت رقائق LNOI باهتمام كبير في مجالات مثل البصريات المتكاملة والاتصالات السلكية واللاسلكية والحوسبة الكمومية، وذلك بفضل أدائها المتميز في التطبيقات عالية التردد والسرعة. تُنتج هذه الرقائق باستخدام تقنية "القطع الذكي" التي تتيح التحكم الدقيق في سُمك طبقة نيوبات الليثيوم الرقيقة، مما يضمن استيفاء الرقائق للمواصفات المطلوبة لمختلف التطبيقات.
مبدأ
تبدأ عملية تصنيع رقائق LNOI ببلورة نيوبات الليثيوم. تخضع البلورة لعملية زرع أيوني، حيث تُدخل أيونات الهيليوم عالية الطاقة إلى سطحها. تخترق هذه الأيونات البلورة إلى عمق محدد وتُحدث اضطرابًا في بنيتها، مُكوّنةً طبقة رقيقة يُمكن استخدامها لاحقًا لفصل البلورة إلى طبقات رقيقة. تتحكم الطاقة النوعية لأيونات الهيليوم في عمق الزرع، مما يؤثر بشكل مباشر على سُمك طبقة نيوبات الليثيوم النهائية.
بعد عملية زرع الأيونات، يتم ربط بلورة نيوبات الليثيوم بالركيزة باستخدام تقنية تُسمى ربط الرقاقات. تعتمد عملية الربط عادةً على طريقة الربط المباشر، حيث يتم ضغط السطحين (بلورة نيوبات الليثيوم المزروعة بالأيونات والركيزة) معًا تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين لتكوين رابطة قوية. في بعض الحالات، قد تُستخدم مادة لاصقة مثل بنزوسيكلوبوتين (BCB) لمزيد من الدعم.
بعد عملية الربط، تخضع الرقاقة لعملية تلدين لإصلاح أي تلف ناتج عن زرع الأيونات ولتعزيز الرابطة بين الطبقات. كما تساعد عملية التلدين على فصل طبقة نيوبات الليثيوم الرقيقة عن البلورة الأصلية، تاركةً طبقة رقيقة عالية الجودة من نيوبات الليثيوم يمكن استخدامها في تصنيع الأجهزة.
تحديد
تتميز رقائق LNOI بعدة مواصفات مهمة تضمن ملاءمتها للتطبيقات عالية الأداء. وتشمل هذه المواصفات ما يلي:
مواصفات المواد
| المادة | المواصفات |
| مادة | متجانس: LiNbO3 |
| جودة المواد | فقاعات أو شوائب <100 ميكرومتر |
| توجيه | قطع على شكل حرف Y ±0.2 درجة |
| كثافة | 4.65 جم/سم³ |
| درجة حرارة كوري | 1142 ±1 درجة مئوية |
| الشفافية | >95% في نطاق 450-700 نانومتر (سمك 10 مم) |
مواصفات التصنيع
| المعلمة | المواصفات |
| القطر | 150 مم ±0.2 مم |
| سماكة | 350 ميكرومتر ±10 ميكرومتر |
| التسطيح | <1.3 ميكرومتر |
| التباين الكلي في السماكة (TTV) | انحناء <70 ميكرومتر على رقاقة 150 مم |
| تباين السماكة الموضعي (LTV) | <70 ميكرومتر على رقاقة 150 مم |
| خشونة | Rq ≤ 0.5 نانومتر (قيمة RMS لمجهر القوة الذرية) |
| جودة السطح | 40-20 |
| جزيئات (غير قابلة للإزالة) | 100-200 ميكرومتر ≤3 جسيمات |
| رقائق البطاطس | <300 ميكرومتر (رقاقة كاملة، بدون منطقة استبعاد) |
| الشقوق | لا توجد تشققات (رقاقة كاملة) |
| تلوث | لا توجد بقع غير قابلة للإزالة (رقاقة كاملة) |
| التوازي | أقل من 30 ثانية قوسية |
| مستوى مرجع التوجيه (المحور السيني) | 47 ±2 مم |
التطبيقات
تُستخدم رقائق LNOI في نطاق واسع من التطبيقات نظرًا لخصائصها الفريدة، لا سيما في مجالات الفوتونيات والاتصالات السلكية واللاسلكية وتقنيات الكم. ومن أبرز هذه التطبيقات:
البصريات المتكاملة:تُستخدم رقائق نيوبات الليثيوم على نطاق واسع في الدوائر البصرية المتكاملة، حيث تُمكّن من تصنيع أجهزة ضوئية عالية الأداء مثل المُعدِّلات والموجّهات الضوئية والمرنانات. وتجعل الخصائص البصرية غير الخطية العالية لنيوبات الليثيوم منه خيارًا ممتازًا للتطبيقات التي تتطلب معالجة فعّالة للضوء.
الاتصالات السلكية واللاسلكية:تُستخدم رقائق LNOI في مُعدِّلات الضوء، وهي مكونات أساسية في أنظمة الاتصالات عالية السرعة، بما في ذلك شبكات الألياف الضوئية. إن قدرة رقائق LNOI على تعديل الضوء بترددات عالية تجعلها مثالية لأنظمة الاتصالات الحديثة.
الحوسبة الكمومية:في تقنيات الكم، تُستخدم رقائق أكسيد النيكل والنيكل (LNOI) لتصنيع مكونات الحواسيب الكمومية وأنظمة الاتصالات الكمومية. وتُستغل الخصائص البصرية غير الخطية لأكسيد النيكل والنيكل (LNOI) لإنشاء أزواج من الفوتونات المتشابكة، والتي تُعدّ بالغة الأهمية لتوزيع المفاتيح الكمومية والتشفير الكمومي.
أجهزة الاستشعار:تُستخدم رقائق أكسيد الليثيوم والنيكل والإنديوم (LNOI) في تطبيقات استشعار متنوعة، بما في ذلك أجهزة الاستشعار البصرية والصوتية. وقدرتها على التفاعل مع كل من الضوء والصوت تجعلها متعددة الاستخدامات لأنواع مختلفة من تقنيات الاستشعار.
التعليمات
Q:ما هي تقنية LNOI؟
تعتمد تقنية LNOI على نقل طبقة رقيقة من نيوبات الليثيوم إلى ركيزة عازلة، عادةً ما تكون من السيليكون. تستفيد هذه التقنية من الخصائص الفريدة لنيوبات الليثيوم، مثل خصائصه البصرية غير الخطية العالية، وخواصه الكهروإجهادية، وخواصه الكهروحرارية، مما يجعله مثالياً لتطبيقات البصريات المتكاملة والاتصالات.
Q:ما الفرق بين رقائق LNOI ورقائق SOI؟
ج: تتشابه رقائق LNOI وSOI في كونها تتكون من طبقة رقيقة من مادة ملتصقة بركيزة. مع ذلك، تستخدم رقائق LNOI نيوبات الليثيوم كمادة للطبقة الرقيقة، بينما تستخدم رقائق SOI السيليكون. يكمن الاختلاف الرئيسي في خصائص مادة الطبقة الرقيقة، حيث تتميز رقائق LNOI بخصائص بصرية وكهرضغطية فائقة.
Q:ما هي مزايا استخدام رقائق LNOI؟
أ: تشمل المزايا الرئيسية لرقائق LNOI خصائصها البصرية الممتازة، مثل معاملات البصريات غير الخطية العالية، وقوتها الميكانيكية. هذه الخصائص تجعل رقائق LNOI مثالية للاستخدام في التطبيقات عالية السرعة وعالية التردد والكمية.
Q:هل يمكن استخدام رقائق LNOI في التطبيقات الكمومية؟
ج: نعم، تُستخدم رقائق LNOI على نطاق واسع في تقنيات الكم نظرًا لقدرتها على توليد أزواج الفوتونات المتشابكة وتوافقها مع الفوتونيات المتكاملة. وتُعد هذه الخصائص بالغة الأهمية لتطبيقات الحوسبة الكمومية والاتصالات والتشفير.
Q:ما هو السمك النموذجي لأغشية أكسيد النيتروز (LNOI)؟
تتراوح سماكة أغشية أكسيد النيكل والنيكل (LNOI) عادةً من بضع مئات من النانومترات إلى عدة ميكرومترات، وذلك حسب التطبيق المحدد. ويتم التحكم في السماكة أثناء عملية زرع الأيونات.
