Wafer LNOI (LiNbO3 pada Isolator) 8 inci untuk Modulator Optik Pemandu Gelombang Sirkuit Terpadu
Diagram Rinci
Perkenalan
Wafer Litium Niobat pada Insulator (LNOI) merupakan material mutakhir yang digunakan dalam berbagai aplikasi optik dan elektronik canggih. Wafer ini diproduksi dengan mentransfer lapisan tipis litium niobat (LiNbO₃) ke substrat isolasi, biasanya silikon atau material lain yang sesuai, menggunakan teknik canggih seperti implantasi ion dan pengikatan wafer. Teknologi LNOI memiliki banyak kesamaan dengan teknologi wafer Silikon pada Insulator (SOI), tetapi memanfaatkan sifat optik unik litium niobat, material yang dikenal karena karakteristik optik piezoelektrik, piroelektrik, dan nonliniernya.
Wafer LNOI telah mendapatkan perhatian signifikan di berbagai bidang seperti optik terintegrasi, telekomunikasi, dan komputasi kuantum karena kinerjanya yang unggul dalam aplikasi frekuensi dan kecepatan tinggi. Wafer ini diproduksi menggunakan teknik "Smart-cut", yang memungkinkan kontrol presisi terhadap ketebalan lapisan tipis litium niobat, memastikan wafer memenuhi spesifikasi yang dibutuhkan untuk berbagai aplikasi.
Prinsip
Proses pembuatan wafer LNOI dimulai dengan kristal litium niobat massal. Kristal tersebut menjalani implantasi ion, di mana ion helium berenergi tinggi dimasukkan ke permukaan kristal litium niobat. Ion-ion ini menembus kristal hingga kedalaman tertentu dan merusak struktur kristal, menciptakan bidang rapuh yang nantinya dapat digunakan untuk memisahkan kristal menjadi lapisan-lapisan tipis. Energi spesifik ion helium mengendalikan kedalaman implantasi, yang secara langsung memengaruhi ketebalan lapisan akhir litium niobat.
Setelah implantasi ion, kristal litium niobat diikat ke substrat menggunakan teknik yang disebut ikatan wafer. Proses pengikatan ini biasanya menggunakan metode ikatan langsung, di mana kedua permukaan (kristal litium niobat yang diimplan ion dan substrat) ditekan bersama di bawah suhu dan tekanan tinggi untuk menciptakan ikatan yang kuat. Dalam beberapa kasus, bahan perekat seperti benzosiklobutena (BCB) dapat digunakan untuk dukungan tambahan.
Setelah pengikatan, wafer menjalani proses anil untuk memperbaiki kerusakan akibat implantasi ion dan memperkuat ikatan antar lapisan. Proses anil juga membantu lapisan tipis litium niobat terlepas dari kristal aslinya, meninggalkan lapisan tipis litium niobat berkualitas tinggi yang dapat digunakan untuk fabrikasi perangkat.
Spesifikasi
Wafer LNOI dicirikan oleh beberapa spesifikasi penting yang memastikan kesesuaiannya untuk aplikasi berkinerja tinggi. Spesifikasi-spesifikasi ini meliputi:
Spesifikasi Material
| Bahan | Spesifikasi |
| Bahan | Homogen: LiNbO3 |
| Kualitas Bahan | Gelembung atau inklusi <100μm |
| Orientasi | Potongan Y ±0,2° |
| Kepadatan | 4,65 gram/cm³ |
| Suhu Curie | 1142 ±1 derajat celcius |
| Transparansi | >95% dalam kisaran 450-700 nm (ketebalan 10 mm) |
Spesifikasi Manufaktur
| Parameter | Spesifikasi |
| Diameter | 150 mm ±0,2 mm |
| Ketebalan | 350 mikron ±10 mikron |
| Kebosanan | <1,3 mikron |
| Variasi Ketebalan Total (TTV) | Lengkungan <70 μm @ wafer 150 mm |
| Variasi Ketebalan Lokal (LTV) | <70 μm pada wafer 150 mm |
| Kekasaran | Rq ≤0,5 nm (nilai RMS AFM) |
| Kualitas Permukaan | 40-20 |
| Partikel (Tidak Dapat Dihilangkan) | 100-200 μm ≤3 partikel |
| Keripik | <300 μm (wafer penuh, tidak ada zona eksklusi) |
| Retakan | Tidak ada retakan (wafer penuh) |
| Kontaminasi | Tidak ada noda yang tidak dapat dihilangkan (wafer penuh) |
| Paralelisme | <30 detik busur |
| Bidang Referensi Orientasi (sumbu X) | 47 ±2 mm |
Aplikasi
Wafer LNOI digunakan dalam berbagai aplikasi karena sifatnya yang unik, terutama di bidang fotonik, telekomunikasi, dan teknologi kuantum. Beberapa aplikasi utamanya meliputi:
Optik Terpadu:Wafer LNOI banyak digunakan dalam sirkuit optik terpadu, yang memungkinkan perangkat fotonik berkinerja tinggi seperti modulator, pandu gelombang, dan resonator. Sifat optik nonlinier litium niobat yang tinggi menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk aplikasi yang membutuhkan manipulasi cahaya yang efisien.
Telekomunikasi:Wafer LNOI digunakan dalam modulator optik, yang merupakan komponen penting dalam sistem komunikasi berkecepatan tinggi, termasuk jaringan serat optik. Kemampuannya untuk memodulasi cahaya pada frekuensi tinggi menjadikan wafer LNOI ideal untuk sistem telekomunikasi modern.
Komputasi Kuantum:Dalam teknologi kuantum, wafer LNOI digunakan untuk membuat komponen bagi komputer kuantum dan sistem komunikasi kuantum. Sifat optik nonlinier LNOI dimanfaatkan untuk menciptakan pasangan foton terjerat, yang sangat penting untuk distribusi kunci kuantum dan kriptografi kuantum.
Sensornya:Wafer LNOI digunakan dalam berbagai aplikasi penginderaan, termasuk sensor optik dan akustik. Kemampuannya untuk berinteraksi dengan cahaya dan suara menjadikannya serbaguna untuk berbagai jenis teknologi penginderaan.
Tanya Jawab Umum
Q:Apa itu teknologi LNOI?
Teknologi A:LNOI melibatkan transfer lapisan tipis litium niobat ke substrat isolasi, biasanya silikon. Teknologi ini memanfaatkan sifat-sifat unik litium niobat, seperti karakteristik optik nonliniernya yang tinggi, piezoelektrik, dan piroelektrik, sehingga ideal untuk optik terintegrasi dan telekomunikasi.
Q:Apa perbedaan antara wafer LNOI dan SOI?
A: Wafer LNOI dan SOI serupa karena keduanya terdiri dari lapisan tipis material yang terikat pada substrat. Namun, wafer LNOI menggunakan litium niobat sebagai material film tipis, sementara wafer SOI menggunakan silikon. Perbedaan utamanya terletak pada sifat material film tipisnya, dengan LNOI menawarkan sifat optik dan piezoelektrik yang unggul.
Q:Apa keuntungan menggunakan wafer LNOI?
A: Keunggulan utama wafer LNOI meliputi sifat optiknya yang sangat baik, seperti koefisien optik nonlinier yang tinggi, dan kekuatan mekanisnya. Karakteristik ini menjadikan wafer LNOI ideal untuk digunakan dalam aplikasi berkecepatan tinggi, frekuensi tinggi, dan kuantum.
Q:Bisakah wafer LNOI digunakan untuk aplikasi kuantum?
A: Ya, wafer LNOI banyak digunakan dalam teknologi kuantum karena kemampuannya menghasilkan pasangan foton terjerat dan kompatibilitasnya dengan fotonik terintegrasi. Sifat-sifat ini krusial untuk aplikasi dalam komputasi kuantum, komunikasi, dan kriptografi.
Q:Berapa ketebalan tipikal film LNOI?
A: Ketebalan film LNOI biasanya berkisar antara beberapa ratus nanometer hingga beberapa mikrometer, tergantung pada aplikasi spesifiknya. Ketebalannya dikontrol selama proses implantasi ion.
