رقاقة LNOI (LiNbO3 على عازل) مقاس 8 بوصات للمُعدِّلات الضوئية والموجات الإرشادية للدوائر المتكاملة
مخطط تفصيلي
مقدمة
رقائق نيوبات الليثيوم على العازل (LNOI) هي مادة متطورة تُستخدم في مختلف التطبيقات البصرية والإلكترونية المتقدمة. تُنتج 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 الرقاقة. تتشابه تقنية LNOI مع تقنية رقائق السيليكون على العازل (SOI) في العديد من جوانب التشابه، ولكنها تستفيد من الخصائص البصرية الفريدة لنيوبات الليثيوم، وهي مادة معروفة بخصائصها البصرية الكهروضغطية والكهربائية الحرارية وغير الخطية.
حظيت رقائق LNOI باهتمام كبير في مجالات مثل البصريات المتكاملة، والاتصالات، والحوسبة الكمومية، نظرًا لأدائها المتفوق في التطبيقات عالية التردد والسرعة. تُصنع هذه الرقائق باستخدام تقنية "القطع الذكي"، التي تُمكّن من التحكم الدقيق في سمك طبقة نيوبات الليثيوم الرقيقة، مما يضمن استيفاء الرقائق للمواصفات المطلوبة لمختلف التطبيقات.
مبدأ
تبدأ عملية تصنيع رقائق LNOI ببلورة نيوبات الليثيوم السائبة. تخضع البلورة لعملية زرع أيوني، حيث تُدخل أيونات الهيليوم عالية الطاقة إلى سطحها. تخترق هذه الأيونات البلورة إلى عمق محدد وتُحدث خللاً في بنيتها، مما يُكوّن سطحاً هشاً يُمكن استخدامه لاحقاً لفصل البلورة إلى طبقات رقيقة. تتحكم الطاقة النوعية لأيونات الهيليوم في عمق عملية الزرع، مما يؤثر بشكل مباشر على سمك طبقة نيوبات الليثيوم النهائية.
بعد زرع الأيونات، تُربط بلورة نيوبات الليثيوم بالركيزة باستخدام تقنية تُسمى ربط الرقاقة. عادةً ما تستخدم عملية الربط طريقة الربط المباشر، حيث يُضغط السطحان (بلورة نيوبات الليثيوم المزروعة بالأيونات والركيزة) معًا تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين لتكوين رابطة قوية. في بعض الحالات، يمكن استخدام مادة لاصقة مثل بنزوسيكلوبوتين (BCB) لدعم إضافي.
بعد الترابط، تخضع الرقاقة لعملية تلدين لإصلاح أي تلف ناتج عن غرس الأيونات، ولتعزيز الرابطة بين الطبقات. كما تساعد عملية التلدين طبقة نيوبات الليثيوم الرقيقة على الانفصال عن البلورة الأصلية، تاركةً وراءها طبقة رقيقة وعالية الجودة من نيوبات الليثيوم، تُستخدم في تصنيع الأجهزة.
تحديد
تتميز رقائق LNOI بمواصفات مهمة تضمن ملاءمتها للتطبيقات عالية الأداء. وتشمل هذه المواصفات:
مواصفات المواد
| المواد | المواصفات |
| مادة | متجانس: LiNbO3 |
| جودة المواد | فقاعات أو شوائب <100 ميكرومتر |
| توجيه | قطع 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 |
| تسطيح | <1.3 ميكرومتر |
| التباين الكلي في السُمك (TTV) | الالتواء <70 ميكرومتر عند رقاقة 150 مم |
| التباين المحلي في السُمك (LTV) | <70 ميكرومتر @ رقاقة 150 مم |
| خشونة | Rq ≤0.5 نانومتر (قيمة AFM RMS) |
| جودة السطح | 40-20 |
| الجسيمات (غير القابلة للإزالة) | 100-200 ميكرومتر ≤3 جزيئات |
| رقائق البطاطس | <300 ميكرومتر (رقاقة كاملة، بدون منطقة استبعاد) |
| الشقوق | لا يوجد شقوق (رقاقة كاملة) |
| تلوث | لا توجد بقع غير قابلة للإزالة (رقاقة كاملة) |
| التوازي | <30 ثانية قوسية |
| مستوى مرجع التوجيه (المحور X) | 47 ± 2 مم |
التطبيقات
تُستخدم رقائق LNOI في مجموعة واسعة من التطبيقات بفضل خصائصها الفريدة، لا سيما في مجالات الفوتونيات والاتصالات وتقنيات الكم. ومن أهم هذه التطبيقات:
البصريات المتكاملة:تُستخدم رقائق نيوبات الليثيوم على نطاق واسع في الدوائر البصرية المتكاملة، حيث تُمكّن من تصنيع أجهزة فوتونية عالية الأداء، مثل المُعدِّلات، وموجهات الموجات، والمرنانات. وتجعلها الخصائص البصرية اللاخطية العالية لنيوبات الليثيوم خيارًا ممتازًا للتطبيقات التي تتطلب معالجة ضوئية فعّالة.
الاتصالات:تُستخدم رقائق LNOI في المُعدِّلات الضوئية، وهي مكونات أساسية في أنظمة الاتصالات عالية السرعة، بما في ذلك شبكات الألياف الضوئية. إن قدرتها على تعديل الضوء بترددات عالية تجعل رقائق LNOI مثالية لأنظمة الاتصالات الحديثة.
الحوسبة الكمومية:في تقنيات الكم، تُستخدم رقائق LNOI لتصنيع مكونات الحواسيب الكمومية وأنظمة الاتصالات الكمومية. وتُستغل الخصائص البصرية غير الخطية لـ LNOI لإنشاء أزواج فوتون متشابكة، وهي ضرورية لتوزيع المفاتيح الكمومية والتشفير الكمومي.
أجهزة الاستشعار:تُستخدم رقائق LNOI في تطبيقات استشعار متنوعة، بما في ذلك المستشعرات البصرية والصوتية. قدرتها على التفاعل مع الضوء والصوت تجعلها متعددة الاستخدامات لمختلف أنواع تقنيات الاستشعار.
التعليمات
Q:ما هي تكنولوجيا LNOI؟
تتضمن تقنية LNOI 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 اللاخطية العالية، وقدرته الكهروضغطية، وقدرته الكهروحرارية، مما يجعله مثاليًا للبصريات المتكاملة والاتصالات.
Q:ما هو الفرق بين رقائق LNOI و SOI؟
ج: تتشابه رقائق LNOI وSOI في أنها تتكون من طبقة رقيقة من مادة ملتصقة بركيزة. ومع ذلك، تستخدم رقائق LNOI نيوبات الليثيوم كمادة للطبقة الرقيقة، بينما تستخدم رقائق SOI السيليكون. يكمن الاختلاف الرئيسي في خصائص مادة الطبقة الرقيقة، حيث تتميز LNOI بخصائص بصرية وكهرضغطية فائقة.
Q:ما هي مزايا استخدام رقائق LNOI؟
ج: من أهم مزايا رقائق LNOI خصائصها البصرية الممتازة، مثل معاملاتها البصرية غير الخطية العالية، ومتانتها الميكانيكية. هذه الخصائص تجعل رقائق LNOI مثالية للاستخدام في التطبيقات عالية السرعة والترددات العالية 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 فوتونات متشابكة وتوافقها مع الفوتونات المتكاملة. تُعد هذه الخصائص بالغة الأهمية لتطبيقات الحوسبة الكمومية والاتصالات والتشفير.
Q:ما هو السمك النموذجي لأفلام LNOI؟
ج: عادةً ما يتراوح سمك أفلام LNOI بين بضع مئات من النانومترات وعدة ميكرومترات، حسب الاستخدام المُحدد. ويتم التحكم في السمك أثناء عملية زرع الأيونات.
