İncə təbəqəli litium tantalat (LTOI) materialı inteqrasiya olunmuş optika sahəsində əhəmiyyətli bir yeni qüvvə kimi ortaya çıxır. Bu il Şanxay Mikrosistem və İnformasiya Texnologiyaları İnstitutundan professor Xin Ou tərəfindən yüksək keyfiyyətli LTOI vafliləri və EPFL-də professor Kippenberqin qrupu tərəfindən hazırlanmış yüksək keyfiyyətli dalğa bələdçilərinin aşındırma prosesləri ilə LTOI modulatorları üzrə bir neçə yüksək səviyyəli əsər nəşr edilmişdir. , İsveçrə. Onların birgə səyləri təsirli nəticələr verdi. Bundan əlavə, professor Liu Liunun rəhbərlik etdiyi Zhejiang Universitetinin və professor Loncarın rəhbərlik etdiyi Harvard Universitetinin tədqiqat qrupları da yüksək sürətli, yüksək sabitliyə malik LTOI modulatorları haqqında məlumat verdilər.
İncə təbəqəli litium niobatın (LNOI) yaxın qohumu olaraq, LTOI litium niobatın yüksək sürətli modulyasiya və aşağı itki xüsusiyyətlərini saxlayır, eyni zamanda aşağı qiymət, aşağı iki qırılma və azaldılmış fotorefraksiya effektləri kimi üstünlüklər təklif edir. İki materialın əsas xüsusiyyətlərinin müqayisəsi aşağıda təqdim olunur.
◆ Lithium Tantalate (LTOI) və Lithium Niobate (LNOI) arasındakı oxşarlıqlar
①Kırılma indeksi:2.12 və 2.21
Bu o deməkdir ki, hər iki materiala əsaslanan tək rejimli dalğa ötürücü ölçüləri, əyilmə radiusu və ümumi passiv cihaz ölçüləri çox oxşardır və onların lif birləşmə performansı da müqayisə edilə bilər. Yaxşı dalğa bələdçisi ilə aşındırma ilə hər iki material daxiletmə itkisinə nail ola bilər<0,1 dB/sm. EPFL 5,6 dB/m dalğa ötürücü itkisini bildirir.
②Elektro-optik əmsalı:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
Modulyasiya səmərəliliyi hər iki material üçün müqayisə edilə bilər, yüksək bant genişliyinə imkan verən Pockels effektinə əsaslanan modulyasiya ilə. Hal-hazırda, LTOI modulyatorları 110 GHz-dən çox bant genişliyi ilə hər zolaqda 400G performansa nail olmaq iqtidarındadır.
③Bant boşluğu:3,93 eV və 3,78 eV
Hər iki materialın görünəndən infraqırmızı dalğa uzunluqlarına qədər tətbiqləri dəstəkləyən geniş şəffaf pəncərəsi var, rabitə zolaqlarında udma yoxdur.
④İkinci dərəcəli qeyri-xətti əmsal (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
İkinci harmonik nəsil (SHG), fərq-tezlik generasiyası (DFG) və ya cəmi-tezlik generasiyası (SFG) kimi qeyri-xətti tətbiqlər üçün istifadə edilərsə, iki materialın çevrilmə effektivliyi olduqca oxşar olmalıdır.
◆ LTOI-nin LNOI-yə qarşı Xərc Üstünlüyü
①Gofretin Hazırlanması Xərclərini aşağı salın
LNOI aşağı ionlaşma səmərəliliyinə malik təbəqənin ayrılması üçün He ion implantasiyasını tələb edir. Bunun əksinə olaraq, LTOI, LNOI-dən 10 dəfə yüksək delaminasiya səmərəliliyi ilə SOI-ə bənzər H ion implantasiyasından istifadə edir. Bu, 6 düymlük vaflilər üçün əhəmiyyətli qiymət fərqi ilə nəticələnir: 300 dollara qarşı 2000 dollar, xərcin 85% azalması.
②Artıq akustik filtrlər üçün istehlakçı elektronikası bazarında geniş istifadə olunur(illik 750.000 ədəd, Samsung, Apple, Sony və s. tərəfindən istifadə olunur).
◆ LTOI və LNOI-nin Performans Üstünlükləri
①Daha az material qüsurları, daha zəif fotorefraksiya effekti, daha çox sabitlik
Başlanğıcda, LNOI modulatorları tez-tez ilk növbədə dalğa ötürücü interfeysindəki qüsurların səbəb olduğu yük yığılması səbəbindən əyilmə nöqtəsinin sürüşməsini nümayiş etdirirdilər. Müalicə edilməzsə, bu cihazların sabitləşməsi bir günə qədər çəkə bilər. Bununla belə, bu problemi həll etmək üçün metal oksidin örtülməsi, substratın qütbləşməsi və tavlanması kimi müxtəlif üsullar işlənib hazırlanmışdır ki, bu da bu problemi indi əsasən idarə edilə bilər.
Bunun əksinə olaraq, LTOI daha az maddi qüsurlara malikdir və bu, sürüşmə hadisələrinin əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına səbəb olur. Əlavə emal olmadan belə, onun işləmə nöqtəsi nisbətən sabit qalır. Oxşar nəticələr EPFL, Harvard və Zhejiang Universiteti tərəfindən də bildirilmişdir. Bununla belə, müqayisə tez-tez təmizlənməmiş LNOI modulyatorlarından istifadə edir, bu da tamamilə ədalətli olmaya bilər; emal ilə, hər iki materialın performansı, ehtimal ki, oxşardır. Əsas fərq, daha az əlavə emal addımları tələb edən LTOI-də olur.
②Aşağı cüt qırılma: 0,004-ə qarşı 0,07
Litium niobatın (LNOI) yüksək iki qırılma qabiliyyəti bəzən çətin ola bilər, xüsusən də dalğa kılavuzunun əyilmələri rejimin birləşməsinə və rejimin hibridləşməsinə səbəb ola bilər. İncə LNOI-də dalğa bələdçisindəki əyilmə TE işığını qismən TM işığına çevirə bilər, filtrlər kimi bəzi passiv cihazların istehsalını çətinləşdirir.
LTOI ilə aşağı iki qırılma bu problemi aradan qaldırır və potensial olaraq yüksək performanslı passiv cihazların hazırlanmasını asanlaşdırır. EPFL, həmçinin geniş spektral diapazonda düz dispersiya nəzarəti ilə ultra geniş spektrli elektro-optik tezlik daraq istehsalına nail olmaq üçün LTOI-nin aşağı iki qırılma qabiliyyətindən və rejim kəsişməsinin olmamasından istifadə edərək, diqqətəlayiq nəticələr bildirdi. Bu, litium niobat ilə əldə edilə biləndən bir neçə dəfə böyük olan 2000-dən çox daraq xətti ilə təsirli 450 nm daraq bant genişliyi ilə nəticələndi. Kerr optik tezlikli daraqları ilə müqayisədə elektro-optik daraqlar yüksək güclü mikrodalğalı giriş tələb etsə də, eşiksiz və daha dayanıqlı olma üstünlüyü təklif edir.
③Daha yüksək optik zədələnmə həddi
LTOI-nin optik zədələnmə həddi LNOI-dən iki dəfədir və qeyri-xətti tətbiqlərdə (və potensial olaraq gələcək Koherent Mükəmməl Absorbsiya (CPO) tətbiqlərində) üstünlük təklif edir. Mövcud optik modul güc səviyyələrinin litium niobata zərər verməsi ehtimalı azdır.
④Aşağı Raman effekti
Bu, qeyri-xətti tətbiqlərə də aiddir. Litium niobat güclü Raman effektinə malikdir ki, bu da Kerr optik tezlikli daraq tətbiqlərində arzuolunmaz Raman işığının yaranmasına və rəqabət qazanmasına səbəb ola bilər, x-cut litium niobate optik tezlik daraqlarının soliton vəziyyətinə çatmasının qarşısını alır. LTOI ilə, Raman effekti kristal oriyentasiya dizaynı vasitəsilə sıxışdırıla bilər, x-cut LTOI-yə soliton optik tezlik daraq istehsalına nail olmağa imkan verir. Bu, soliton optik tezlik daraqlarının yüksək sürətli modulyatorlarla monolit inteqrasiyasına imkan verir ki, bu da LNOI ilə əldə edilə bilməz.
◆ Niyə əvvəllər nazik təbəqəli litium tantalatın (LTOI) adı çəkilmirdi?
Litium tantalatın Küri temperaturu litium niobatdan daha aşağıdır (610°C və 1157°C). Heterointeqrasiya texnologiyasının (XOI) inkişafından əvvəl, litium niobat modulyatorları titan diffuziyasından istifadə edərək istehsal olunurdu, bu da 1000 ° C-dən yuxarı temperaturda tavlanma tələb edir və LTOI-ni yararsız edir. Bununla belə, modulatorun formalaşması üçün izolyator substratların və dalğa bələdçilərinin aşındırma istifadəsinə doğru bugünkü keçidlə, 610°C Küri temperaturu kifayət qədərdir.
◆ İncə Film Litium Tantalatı (LTOI) İncə Film Litium Niobatı (TFLN) əvəz edəcəkmi?
Mövcud tədqiqatlara əsaslanaraq, LTOI heç bir aşkar çatışmazlıq olmadan passiv performans, sabitlik və geniş miqyaslı istehsal xərclərində üstünlüklər təklif edir. Bununla belə, LTOI modulyasiya performansında litium niobatı ötmür və LNOI ilə sabitlik problemləri məlum həllərə malikdir. Rabitə DR modulları üçün passiv komponentlərə minimal tələbat var (və lazım olduqda silisium nitridi istifadə edilə bilər). Bundan əlavə, vafli səviyyəli aşındırma proseslərini, heterointeqrasiya üsullarını və etibarlılıq testini yenidən qurmaq üçün yeni investisiyalar tələb olunur (litium niobat ilə aşındırma ilə bağlı çətinlik dalğa bələdçisi deyil, yüksək məhsuldar vafli səviyyəli aşınmaya nail olmaq idi). Buna görə də, litium niobatın müəyyən edilmiş mövqeyi ilə rəqabət aparmaq üçün LTOI daha çox üstünlükləri ortaya çıxarmalı ola bilər. Akademik olaraq, LTOI oktava əhatə edən elektro-optik daraqlar, PPLT, soliton və AWG dalğa uzunluğu bölgüsü cihazları və massiv modulyatorları kimi inteqrasiya olunmuş çip sistemləri üçün əhəmiyyətli tədqiqat potensialı təklif edir.
Göndərmə vaxtı: 08 noyabr 2024-cü il