ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर वेवगाइड्स इंटीग्रेटेड सर्किट के लिए 8 इंच LNOI (इंसुलेटर पर LiNbO3) वेफर
विस्तृत आरेख
परिचय
लिथियम नियोबेट ऑन इंसुलेटर (LNOI) वेफर्स एक अत्याधुनिक पदार्थ है जिसका उपयोग विभिन्न उन्नत ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में किया जाता है। ये वेफर्स लिथियम नियोबेट (LiNbO₃) की एक पतली परत को एक इंसुलेटिंग सब्सट्रेट, आमतौर पर सिलिकॉन या किसी अन्य उपयुक्त पदार्थ पर आयन इम्प्लांटेशन और वेफर बॉन्डिंग जैसी परिष्कृत तकनीकों का उपयोग करके स्थानांतरित करके बनाए जाते हैं। LNOI तकनीक, सिलिकॉन ऑन इंसुलेटर (SOI) वेफर तकनीक से कई समानताएँ रखती है, लेकिन लिथियम नियोबेट के अद्वितीय ऑप्टिकल गुणों का लाभ उठाती है, जो अपनी पीज़ोइलेक्ट्रिक, पायरोइलेक्ट्रिक और नॉनलाइनियर ऑप्टिकल विशेषताओं के लिए जाना जाता है।
उच्च-आवृत्ति और उच्च-गति अनुप्रयोगों में अपने उत्कृष्ट प्रदर्शन के कारण, LNOI वेफर्स ने एकीकृत प्रकाशिकी, दूरसंचार और क्वांटम कंप्यूटिंग जैसे क्षेत्रों में उल्लेखनीय ध्यान आकर्षित किया है। ये वेफर्स "स्मार्ट-कट" तकनीक का उपयोग करके बनाए जाते हैं, जो लिथियम नियोबेट पतली फिल्म की मोटाई पर सटीक नियंत्रण प्रदान करती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि वेफर्स विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक विशिष्टताओं को पूरा करते हैं।
सिद्धांत
LNOI वेफर्स बनाने की प्रक्रिया एक बल्क लिथियम नियोबेट क्रिस्टल से शुरू होती है। क्रिस्टल आयन प्रत्यारोपण से गुजरता है, जहाँ उच्च-ऊर्जा हीलियम आयन लिथियम नियोबेट क्रिस्टल की सतह में प्रविष्ट होते हैं। ये आयन क्रिस्टल में एक निश्चित गहराई तक प्रवेश करते हैं और क्रिस्टल संरचना को नष्ट कर देते हैं, जिससे एक नाज़ुक सतह बनती है जिसका उपयोग बाद में क्रिस्टल को पतली परतों में विभाजित करने के लिए किया जा सकता है। हीलियम आयनों की विशिष्ट ऊर्जा प्रत्यारोपण की गहराई को नियंत्रित करती है, जिसका सीधा प्रभाव अंतिम लिथियम नियोबेट परत की मोटाई पर पड़ता है।
आयन प्रत्यारोपण के बाद, लिथियम नियोबेट क्रिस्टल को वेफर बॉन्डिंग नामक तकनीक का उपयोग करके एक सब्सट्रेट से जोड़ा जाता है। इस बॉन्डिंग प्रक्रिया में आमतौर पर प्रत्यक्ष बॉन्डिंग विधि का उपयोग किया जाता है, जहाँ दो सतहों (आयन-प्रत्यारोपित लिथियम नियोबेट क्रिस्टल और सब्सट्रेट) को उच्च तापमान और दबाव में एक साथ दबाकर एक मज़बूत बंधन बनाया जाता है। कुछ मामलों में, अतिरिक्त सहारे के लिए बेंज़ोसाइक्लोब्यूटीन (BCB) जैसी चिपकने वाली सामग्री का उपयोग किया जा सकता है।
बंधन के बाद, आयन आरोपण से हुई किसी भी क्षति की मरम्मत और परतों के बीच बंधन को मज़बूत करने के लिए वेफर को एक तापानुशीतन प्रक्रिया से गुज़ारा जाता है। तापानुशीतन प्रक्रिया पतली लिथियम नियोबेट परत को मूल क्रिस्टल से अलग करने में भी मदद करती है, जिससे लिथियम नियोबेट की एक पतली, उच्च-गुणवत्ता वाली परत पीछे रह जाती है जिसका उपयोग उपकरण निर्माण में किया जा सकता है।
विशेष विवरण
एलएनओआई वेफर्स की कई महत्वपूर्ण विशिष्टताएँ हैं जो उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए उनकी उपयुक्तता सुनिश्चित करती हैं। इनमें शामिल हैं:
सामग्री विनिर्देश
| सामग्री | विनिर्देश |
| सामग्री | सजातीय: LiNbO3 |
| सामग्री की गुणवत्ता | बुलबुले या समावेशन <100μm |
| अभिविन्यास | वाई-कट ±0.2° |
| घनत्व | 4.65 ग्राम/सेमी³ |
| क्यूरी तापमान | 1142 ±1° सेल्सियस |
| पारदर्शिता | 450-700 एनएम रेंज में >95% (10 मिमी मोटाई) |
विनिर्माण विनिर्देश
| पैरामीटर | विनिर्देश |
| व्यास | 150 मिमी ±0.2 मिमी |
| मोटाई | 350μm ±10μm |
| समतलता | <1.3 माइक्रोन |
| कुल मोटाई भिन्नता (टीटीवी) | ताना <70 μm @ 150 मिमी वेफर |
| स्थानीय मोटाई भिन्नता (एलटीवी) | <70 μm @ 150 मिमी वेफर |
| बेअदबी | Rq ≤0.5 एनएम (एएफएम आरएमएस मूल्य) |
| सतही गुणवत्ता | 40-20 |
| कण (गैर-हटाने योग्य) | 100-200μm ≤3 कण |
| चिप्स | <300μm (पूर्ण वेफर, कोई बहिष्करण क्षेत्र नहीं) |
| दरारें | कोई दरार नहीं (पूर्ण वेफर) |
| दूषण | कोई न हटाने योग्य दाग नहीं (पूर्ण वेफर) |
| समानता | <30 आर्कसेकेंड |
| अभिविन्यास संदर्भ तल (X-अक्ष) | 47 ±2 मिमी |
अनुप्रयोग
एलएनओआई वेफर्स अपने अनूठे गुणों के कारण कई तरह के अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं, खासकर फोटोनिक्स, दूरसंचार और क्वांटम तकनीकों के क्षेत्र में। कुछ प्रमुख अनुप्रयोगों में शामिल हैं:
एकीकृत प्रकाशिकी:LNOI वेफर्स का व्यापक रूप से एकीकृत ऑप्टिकल सर्किट में उपयोग किया जाता है, जहाँ वे मॉड्यूलेटर, वेवगाइड और रेज़ोनेटर जैसे उच्च-प्रदर्शन फोटोनिक उपकरणों को सक्षम बनाते हैं। लिथियम नियोबेट के उच्च अरैखिक ऑप्टिकल गुण इसे कुशल प्रकाश हेरफेर की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए एक उत्कृष्ट विकल्प बनाते हैं।
दूरसंचार:एलएनओआई वेफर्स का उपयोग ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर में किया जाता है, जो फाइबर ऑप्टिक नेटवर्क सहित उच्च गति संचार प्रणालियों में आवश्यक घटक हैं। उच्च आवृत्तियों पर प्रकाश को मॉड्यूलेट करने की क्षमता एलएनओआई वेफर्स को आधुनिक दूरसंचार प्रणालियों के लिए आदर्श बनाती है।
क्वांटम कम्प्यूटिंग:क्वांटम तकनीकों में, LNOI वेफर्स का उपयोग क्वांटम कंप्यूटर और क्वांटम संचार प्रणालियों के लिए घटक बनाने में किया जाता है। LNOI के अरैखिक प्रकाशीय गुणों का उपयोग उलझे हुए फोटॉन युग्म बनाने के लिए किया जाता है, जो क्वांटम कुंजी वितरण और क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के लिए महत्वपूर्ण हैं।
सेंसर:एलएनओआई वेफर्स का उपयोग विभिन्न संवेदन अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें ऑप्टिकल और ध्वनिक सेंसर शामिल हैं। प्रकाश और ध्वनि दोनों के साथ परस्पर क्रिया करने की उनकी क्षमता उन्हें विभिन्न प्रकार की संवेदन तकनीकों के लिए बहुमुखी बनाती है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
Q:एलएनओआई तकनीक क्या है?
ए: एलएनओआई तकनीक में एक पतली लिथियम नाइओबेट फिल्म को एक इन्सुलेटिंग सब्सट्रेट, आमतौर पर सिलिकॉन, पर स्थानांतरित किया जाता है। यह तकनीक लिथियम नाइओबेट के अद्वितीय गुणों, जैसे इसकी उच्च अरैखिक प्रकाशीय विशेषताएँ, पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी और पायरोइलेक्ट्रिसिटी का लाभ उठाती है, जो इसे एकीकृत प्रकाशिकी और दूरसंचार के लिए आदर्श बनाती है।
Q:एलएनओआई और एसओआई वेफर्स के बीच क्या अंतर है?
उत्तर: LNOI और SOI वेफर्स दोनों ही इस मायने में समान हैं कि इनमें एक सब्सट्रेट से जुड़ी सामग्री की एक पतली परत होती है। हालाँकि, LNOI वेफर्स में पतली फिल्म सामग्री के रूप में लिथियम नियोबेट का उपयोग किया जाता है, जबकि SOI वेफर्स में सिलिकॉन का उपयोग किया जाता है। मुख्य अंतर पतली फिल्म सामग्री के गुणों में है, जहाँ LNOI बेहतर ऑप्टिकल और पीज़ोइलेक्ट्रिक गुण प्रदान करता है।
Q:एलएनओआई वेफर्स के उपयोग के क्या लाभ हैं?
उत्तर: LNOI वेफर्स के मुख्य लाभों में उनके उत्कृष्ट प्रकाशीय गुण, जैसे उच्च अरैखिक प्रकाशीय गुणांक, और उनकी यांत्रिक शक्ति शामिल हैं। ये विशेषताएँ LNOI वेफर्स को उच्च-गति, उच्च-आवृत्ति और क्वांटम अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए आदर्श बनाती हैं।
Q:क्या LNOI वेफर्स का उपयोग क्वांटम अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है?
उत्तर: हाँ, LNOI वेफर्स का क्वांटम तकनीकों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि वे उलझे हुए फोटॉन युग्म उत्पन्न करने में सक्षम होते हैं और एकीकृत फोटोनिक्स के साथ उनकी अनुकूलता होती है। ये गुण क्वांटम कंप्यूटिंग, संचार और क्रिप्टोग्राफी के अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हैं।
Q:एलएनओआई फिल्मों की सामान्य मोटाई कितनी होती है?
उत्तर: LNOI फ़िल्मों की मोटाई आमतौर पर कुछ सौ नैनोमीटर से लेकर कई माइक्रोमीटर तक होती है, जो विशिष्ट अनुप्रयोग पर निर्भर करती है। आयन प्रत्यारोपण प्रक्रिया के दौरान मोटाई को नियंत्रित किया जाता है।
