थिन-फिल्म लिथियम टैंटलेट (LTOI): हाई-स्पीड मॉड्यूलेटर के लिए अगला स्टार मटेरियल?

एकीकृत प्रकाशिकी क्षेत्र में पतली-फिल्म लिथियम टैंटलेट (एलटीओआई) सामग्री एक महत्वपूर्ण नई शक्ति के रूप में उभर रही है। इस वर्ष, एलटीओआई मॉड्यूलेटर पर कई उच्च-स्तरीय कार्य प्रकाशित किए गए हैं, जिसमें शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ माइक्रोसिस्टम एंड इंफॉर्मेशन टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर शिन ओउ द्वारा प्रदान किए गए उच्च गुणवत्ता वाले एलटीओआई वेफर्स और ईपीएफएल में प्रोफेसर किपेनबर्ग के समूह द्वारा विकसित उच्च गुणवत्ता वाली वेवगाइड नक़्क़ाशी प्रक्रियाएं शामिल हैं। , स्विट्जरलैंड। उनके सहयोगात्मक प्रयासों ने प्रभावशाली परिणाम प्रदर्शित किए हैं। इसके अतिरिक्त, प्रोफेसर लियू लियू के नेतृत्व में झेजियांग विश्वविद्यालय और प्रोफेसर लोनकर के नेतृत्व में हार्वर्ड विश्वविद्यालय की शोध टीमों ने भी उच्च गति, उच्च स्थिरता वाले एलटीओआई मॉड्यूलेटर पर रिपोर्ट दी है।

पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट (एलएनओआई) के करीबी रिश्तेदार के रूप में, एलटीओआई लिथियम नाइओबेट की उच्च गति मॉड्यूलेशन और कम-नुकसान विशेषताओं को बरकरार रखता है, जबकि कम लागत, कम द्विभाजन और कम फोटोरिफ्रैक्टिव प्रभाव जैसे फायदे भी प्रदान करता है। दोनों सामग्रियों की मुख्य विशेषताओं की तुलना नीचे प्रस्तुत की गई है।

微信图तस्वीरें_20241106164015

◆ लिथियम टैंटलेट (एलटीओआई) और लिथियम निओबेट (एलएनओआई) के बीच समानताएं
अपवर्तक सूचकांक:2.12 बनाम 2.21
इसका तात्पर्य यह है कि एकल-मोड वेवगाइड आयाम, झुकने वाली त्रिज्या, और दोनों सामग्रियों के आधार पर सामान्य निष्क्रिय डिवाइस आकार बहुत समान हैं, और उनका फाइबर युग्मन प्रदर्शन भी तुलनीय है। अच्छी वेवगाइड नक़्क़ाशी के साथ, दोनों सामग्रियां सम्मिलन हानि प्राप्त कर सकती हैं<0.1 डीबी/सेमी. ईपीएफएल ने 5.6 डीबी/एम की वेवगाइड हानि की रिपोर्ट की है।

इलेक्ट्रो-ऑप्टिक गुणांक:30.5 अपराह्न/V बनाम 30.9 अपराह्न/V
मॉड्यूलेशन दक्षता दोनों सामग्रियों के लिए तुलनीय है, पॉकेल्स प्रभाव पर आधारित मॉड्यूलेशन, उच्च बैंडविड्थ की अनुमति देता है। वर्तमान में, LTOI मॉड्यूलेटर 110 गीगाहर्ट्ज़ से अधिक बैंडविड्थ के साथ 400G प्रति लेन प्रदर्शन प्राप्त करने में सक्षम हैं।

微信图तस्वीरें_20241106164942
微信图फोटो_20241106165200

ऊर्जा अंतराल:3.93 ईवी बनाम 3.78 ईवी
दोनों सामग्रियों में एक विस्तृत पारदर्शी खिड़की है, जो दृश्य से लेकर अवरक्त तरंग दैर्ध्य तक अनुप्रयोगों का समर्थन करती है, संचार बैंड में कोई अवशोषण नहीं होता है।

द्वितीय-क्रम अरेखीय गुणांक (d33):21 अपराह्न/वी बनाम 27 अपराह्न/वी
यदि गैर-रेखीय अनुप्रयोगों जैसे कि दूसरी हार्मोनिक पीढ़ी (एसएचजी), अंतर-आवृत्ति पीढ़ी (डीएफजी), या सम-आवृत्ति पीढ़ी (एसएफजी) के लिए उपयोग किया जाता है, तो दोनों सामग्रियों की रूपांतरण क्षमताएं काफी समान होनी चाहिए।

◆ एलटीओआई बनाम एलएनओआई का लागत लाभ
कम वेफर तैयारी लागत
एलएनओआई को परत पृथक्करण के लिए हे आयन प्रत्यारोपण की आवश्यकता होती है, जिसमें कम आयनीकरण दक्षता होती है। इसके विपरीत, LTOI, SOI के समान, पृथक्करण के लिए H आयन आरोपण का उपयोग करता है, जिसकी प्रदूषण क्षमता LNOI से 10 गुना अधिक है। इसके परिणामस्वरूप 6-इंच वेफर्स की कीमत में महत्वपूर्ण अंतर होता है: $300 बनाम $2000, लागत में 85% की कमी।

微信图तस्वीरें_20241106165545

ध्वनिक फिल्टर के लिए उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स बाजार में इसका पहले से ही व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है(सैमसंग, ऐप्पल, सोनी, आदि द्वारा उपयोग की जाने वाली सालाना 750,000 इकाइयाँ)।

微信图तस्वीरें_20241106165539

◆ एलटीओआई बनाम एलएनओआई के प्रदर्शन लाभ
कम सामग्री दोष, कमजोर फोटोरिफ़्रेक्टिव प्रभाव, अधिक स्थिरता
प्रारंभ में, एलएनओआई मॉड्यूलेटर अक्सर पूर्वाग्रह बिंदु बहाव प्रदर्शित करते थे, मुख्य रूप से वेवगाइड इंटरफ़ेस में दोषों के कारण चार्ज संचय के कारण। यदि उपचार न किया जाए, तो इन उपकरणों को स्थिर होने में एक दिन तक का समय लग सकता है। हालाँकि, इस समस्या के समाधान के लिए विभिन्न तरीके विकसित किए गए, जैसे मेटल ऑक्साइड क्लैडिंग, सब्सट्रेट ध्रुवीकरण और एनीलिंग का उपयोग करना, जिससे यह समस्या अब काफी हद तक प्रबंधनीय हो गई है।
इसके विपरीत, एलटीओआई में कम सामग्री दोष हैं, जिससे बहाव की घटनाएं काफी कम हो जाती हैं। अतिरिक्त प्रसंस्करण के बिना भी, इसका परिचालन बिंदु अपेक्षाकृत स्थिर रहता है। ईपीएफएल, हार्वर्ड और झेजियांग विश्वविद्यालय द्वारा इसी तरह के परिणाम बताए गए हैं। हालाँकि, तुलना में अक्सर अनुपचारित एलएनओआई मॉड्यूलेटर का उपयोग किया जाता है, जो पूरी तरह से उचित नहीं हो सकता है; प्रसंस्करण के साथ, दोनों सामग्रियों का प्रदर्शन समान होने की संभावना है। मुख्य अंतर एलटीओआई में है जिसके लिए कम अतिरिक्त प्रसंस्करण चरणों की आवश्यकता होती है।

微信图तस्वीरें_20241106165708

निचला द्विअर्थीपन: 0.004 बनाम 0.07
लिथियम नाइओबेट (एलएनओआई) की उच्च द्विअपवर्तनीयता कई बार चुनौतीपूर्ण हो सकती है, खासकर जब वेवगाइड मोड़ मोड युग्मन और मोड संकरण का कारण बन सकता है। पतले एलएनओआई में, वेवगाइड में एक मोड़ आंशिक रूप से टीई प्रकाश को टीएम प्रकाश में परिवर्तित कर सकता है, जिससे फिल्टर जैसे कुछ निष्क्रिय उपकरणों का निर्माण जटिल हो जाता है।
एलटीओआई के साथ, कम द्विअर्थीता इस समस्या को समाप्त कर देती है, जिससे संभावित रूप से उच्च-प्रदर्शन वाले निष्क्रिय उपकरणों को विकसित करना आसान हो जाता है। ईपीएफएल ने व्यापक वर्णक्रमीय रेंज में फ्लैट फैलाव नियंत्रण के साथ अल्ट्रा-वाइड-स्पेक्ट्रम इलेक्ट्रो-ऑप्टिक फ्रीक्वेंसी कंघी पीढ़ी को प्राप्त करने के लिए एलटीओआई की कम द्विअर्थीता और मोड-क्रॉसिंग की अनुपस्थिति का लाभ उठाते हुए उल्लेखनीय परिणाम भी दर्ज किए हैं। इसके परिणामस्वरूप 2000 से अधिक कंघी लाइनों के साथ एक प्रभावशाली 450 एनएम कंघी बैंडविड्थ प्राप्त हुई, जो लिथियम नाइओबेट के साथ हासिल की जा सकने वाली क्षमता से कई गुना बड़ी थी। केर ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स की तुलना में, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब्स थ्रेशोल्ड-मुक्त और अधिक स्थिर होने का लाभ प्रदान करते हैं, हालांकि उन्हें उच्च-शक्ति माइक्रोवेव इनपुट की आवश्यकता होती है।

微信图तस्वीरें_20241106165804
微信图तस्वीरें_20241106165823

उच्चतर ऑप्टिकल क्षति सीमा
एलटीओआई की ऑप्टिकल क्षति सीमा एलएनओआई से दोगुनी है, जो गैर-रेखीय अनुप्रयोगों (और संभावित रूप से भविष्य के सुसंगत पूर्ण अवशोषण (सीपीओ) अनुप्रयोगों) में लाभ प्रदान करती है। वर्तमान ऑप्टिकल मॉड्यूल पावर स्तर से लिथियम नाइओबेट को नुकसान होने की संभावना नहीं है।
कम रमन प्रभाव
यह अरेखीय अनुप्रयोगों से भी संबंधित है। लिथियम नाइओबेट में एक मजबूत रमन प्रभाव होता है, जो केर ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कंघी अनुप्रयोगों में अवांछित रमन प्रकाश उत्पादन और प्रतिस्पर्धा हासिल कर सकता है, जिससे एक्स-कट लिथियम नाइओबेट ऑप्टिकल आवृत्ति कॉम्ब्स को सॉलिटॉन अवस्था तक पहुंचने से रोका जा सकता है। एलटीओआई के साथ, रमन प्रभाव को क्रिस्टल ओरिएंटेशन डिजाइन के माध्यम से दबाया जा सकता है, जिससे एक्स-कट एलटीओआई को सॉलिटॉन ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कंघी पीढ़ी प्राप्त करने की अनुमति मिलती है। यह हाई-स्पीड मॉड्यूलेटर के साथ सॉलिटॉन ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब्स के मोनोलिथिक एकीकरण को सक्षम बनाता है, जो एलएनओआई के साथ प्राप्त करने योग्य उपलब्धि नहीं है।
◆ थिन-फिल्म लिथियम टैंटलेट (एलटीओआई) का उल्लेख पहले क्यों नहीं किया गया था?
लिथियम टैंटलेट का क्यूरी तापमान लिथियम नाइओबेट (610°C बनाम 1157°C) से कम होता है। हेटेरोइंटीग्रेशन टेक्नोलॉजी (एक्सओआई) के विकास से पहले, लिथियम निओबेट मॉड्यूलेटर का निर्माण टाइटेनियम प्रसार का उपयोग करके किया जाता था, जिसके लिए 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक पर एनीलिंग की आवश्यकता होती है, जिससे एलटीओआई अनुपयुक्त हो जाता है। हालाँकि, मॉड्यूलेटर निर्माण के लिए इंसुलेटर सब्सट्रेट्स और वेवगाइड नक़्क़ाशी का उपयोग करने की ओर आज के बदलाव के साथ, 610°C क्यूरी तापमान पर्याप्त से अधिक है।
◆ क्या थिन-फिल्म लिथियम टैंटलेट (LTOI) थिन-फिल्म लिथियम नाइओबेट (TFLN) की जगह लेगा?
वर्तमान शोध के आधार पर, एलटीओआई बिना किसी स्पष्ट कमियों के निष्क्रिय प्रदर्शन, स्थिरता और बड़े पैमाने पर उत्पादन लागत में लाभ प्रदान करता है। हालाँकि, LTOI मॉड्यूलेशन प्रदर्शन में लिथियम नाइओबेट से आगे नहीं है, और LNOI के साथ स्थिरता के मुद्दों के समाधान ज्ञात हैं। संचार डीआर मॉड्यूल के लिए, निष्क्रिय घटकों की न्यूनतम मांग है (और यदि आवश्यक हो तो सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग किया जा सकता है)। इसके अतिरिक्त, वेफर-स्तरीय नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं, हेटेरोइंटीग्रेशन तकनीकों और विश्वसनीयता परीक्षण को फिर से स्थापित करने के लिए नए निवेश की आवश्यकता है (लिथियम नाइओबेट नक़्क़ाशी के साथ कठिनाई वेवगाइड नहीं थी, बल्कि उच्च-उपज वेफ़र-स्तरीय नक़्क़ाशी प्राप्त करना था)। इसलिए, लिथियम नाइओबेट की स्थापित स्थिति के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए, एलटीओआई को और अधिक फायदे उजागर करने की आवश्यकता हो सकती है। हालाँकि, अकादमिक रूप से, LTOI एकीकृत ऑन-चिप सिस्टम, जैसे ऑक्टेव-स्पैनिंग इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब्स, पीपीएलटी, सॉलिटॉन और एडब्ल्यूजी वेवलेंथ डिवीजन डिवाइस और एरे मॉड्यूलेटर के लिए महत्वपूर्ण अनुसंधान क्षमता प्रदान करता है।


पोस्ट करने का समय: नवंबर-08-2024