एकीकृत प्रकाशिकी क्षेत्र में पतली फिल्म लिथियम टैंटलेट (LTOI) सामग्री एक महत्वपूर्ण नई शक्ति के रूप में उभर रही है। इस वर्ष, LTOI मॉड्यूलेटर पर कई उच्च-स्तरीय कार्य प्रकाशित हुए हैं, जिसमें शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ माइक्रोसिस्टम एंड इंफॉर्मेशन टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर शिन ओउ द्वारा प्रदान किए गए उच्च-गुणवत्ता वाले LTOI वेफ़र्स और EPFL, स्विट्जरलैंड में प्रोफेसर किपेनबर्ग के समूह द्वारा विकसित उच्च-गुणवत्ता वाले वेवगाइड नक़्क़ाशी प्रक्रियाएँ शामिल हैं। उनके सहयोगी प्रयासों ने प्रभावशाली परिणाम दिखाए 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 LTOI मॉड्यूलेटर पर रिपोर्ट दी है।
पतली फिल्म लिथियम नियोबेट (LNOI) के एक करीबी रिश्तेदार के रूप में, LTOI लिथियम नियोबेट की उच्च गति मॉड्यूलेशन और कम नुकसान वाली विशेषताओं को बरकरार रखता है, जबकि कम लागत, कम द्विअपवर्तन और कम फोटोरिफ़्रेक्टिव प्रभाव जैसे लाभ भी प्रदान करता है। दो सामग्रियों की मुख्य विशेषताओं की तुलना नीचे प्रस्तुत की गई है।
◆ लिथियम टैंटालेट (LTOI) और लिथियम नियोबेट (LNOI) के बीच समानताएं
①अपवर्तक सूचकांक:2.12 बनाम 2.21
इसका मतलब यह है कि दोनों सामग्रियों पर आधारित सिंगल-मोड वेवगाइड आयाम, बेंडिंग त्रिज्या और सामान्य निष्क्रिय डिवाइस आकार बहुत समान हैं, और उनका फाइबर युग्मन प्रदर्शन भी तुलनीय है। अच्छी वेवगाइड नक़्काशी के साथ, दोनों सामग्री एक सम्मिलन हानि प्राप्त कर सकती है<0.1 dB/सेमी. EPFL 5.6 dB/मी वेवगाइड हानि की रिपोर्ट करता है।
②इलेक्ट्रो-ऑप्टिक गुणांक:30.5 pm/V बनाम 30.9 pm/V
दोनों सामग्रियों के लिए मॉड्यूलेशन दक्षता तुलनीय है, जिसमें पॉकेल्स प्रभाव पर आधारित मॉड्यूलेशन है, जो उच्च बैंडविड्थ की अनुमति देता है। वर्तमान में, LTOI मॉड्यूलेटर 110 गीगाहर्ट्ज से अधिक बैंडविड्थ के साथ 400G प्रति लेन प्रदर्शन प्राप्त करने में सक्षम हैं।
③ऊर्जा अंतराल:3.93 ई.वी. बनाम 3.78 ई.वी.
दोनों सामग्रियों में एक विस्तृत पारदर्शी खिड़की है, जो दृश्य से लेकर अवरक्त तरंगदैर्ध्य तक के अनुप्रयोगों का समर्थन करती है, तथा संचार बैंड में कोई अवशोषण नहीं होता है।
④द्वितीय-क्रम अरैखिक गुणांक (d33):21 बजे/वी बनाम 27 बजे/वी
यदि द्वितीय हार्मोनिक पीढ़ी (एसएचजी), अंतर-आवृत्ति पीढ़ी (डीएफजी), या योग-आवृत्ति पीढ़ी (एसएफजी) जैसे गैर-रैखिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है, तो दोनों सामग्रियों की रूपांतरण क्षमताएं काफी समान होनी चाहिए।
◆ एलटीओआई बनाम एलएनओआई का लागत लाभ
①वेफर तैयार करने की कम लागत
LNOI को परत पृथक्करण के लिए He आयन प्रत्यारोपण की आवश्यकता होती है, जिसमें आयनीकरण दक्षता कम होती है। इसके विपरीत, LTOI पृथक्करण के लिए SOI के समान H आयन प्रत्यारोपण का उपयोग करता है, जिसमें LNOI की तुलना में 10 गुना अधिक विघटन दक्षता होती है। इसके परिणामस्वरूप 6-इंच वेफ़र्स के लिए महत्वपूर्ण मूल्य अंतर होता है: $300 बनाम $2000, 85% लागत में कमी।
②उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स बाजार में ध्वनिक फिल्टर के लिए इसका पहले से ही व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है(750,000 यूनिट प्रतिवर्ष, सैमसंग, एप्पल, सोनी आदि द्वारा उपयोग किया जाता है)।
◆ एलटीओआई बनाम एलएनओआई के प्रदर्शन लाभ
①कम सामग्री दोष, कमज़ोर प्रकाश अपवर्तक प्रभाव, अधिक स्थिरता
प्रारंभ में, LNOI मॉड्यूलेटर अक्सर बायस पॉइंट ड्रिफ्ट प्रदर्शित करते थे, मुख्य रूप से वेवगाइड इंटरफ़ेस पर दोषों के कारण चार्ज संचय के कारण। यदि अनुपचारित किया जाता है, तो इन उपकरणों को स्थिर होने में एक दिन तक का समय लग सकता है। हालाँकि, इस समस्या को हल करने के लिए विभिन्न तरीके विकसित किए गए, जैसे कि मेटल ऑक्साइड क्लैडिंग, सब्सट्रेट पोलराइजेशन और एनीलिंग का उपयोग करना, जिससे यह समस्या अब काफी हद तक प्रबंधनीय हो गई है।
इसके विपरीत, LTOI में कम सामग्री दोष होते हैं, जिससे बहाव की घटना में काफी कमी आती है। अतिरिक्त प्रसंस्करण के बिना भी, इसका संचालन बिंदु अपेक्षाकृत स्थिर रहता है। EPFL, हार्वर्ड और झेजियांग विश्वविद्यालय द्वारा इसी तरह के परिणाम बताए गए हैं। हालाँकि, तुलना में अक्सर अनुपचारित LNOI 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 यह है कि LTOI को कम अतिरिक्त प्रसंस्करण चरणों की आवश्यकता होती है।
②निम्न द्विअपवर्तन: 0.004 बनाम 0.07
लिथियम नियोबेट (LNOI) का उच्च द्विअपवर्तन कई बार चुनौतीपूर्ण हो सकता है, खासकर तब जब वेवगाइड बेंड मोड कपलिंग और मोड हाइब्रिडाइजेशन का कारण बन सकता है। पतले LNOI में, वेवगाइड में एक मोड़ आंशिक रूप से TE प्रकाश को TM प्रकाश में परिवर्तित कर सकता है, जिससे फ़िल्टर जैसे कुछ निष्क्रिय उपकरणों का निर्माण जटिल हो जाता है।
एलटीओआई के साथ, कम द्विअपवर्तन इस समस्या को समाप्त करता है, जिससे संभावित रूप से उच्च-प्रदर्शन निष्क्रिय उपकरणों को विकसित करना आसान हो जाता है। ईपीएफएल ने एलटीओआई के कम द्विअपवर्तन और मोड-क्रॉसिंग की अनुपस्थिति का लाभ उठाते हुए, विस्तृत स्पेक्ट्रल रेंज में फ्लैट फैलाव नियंत्रण के साथ अल्ट्रा-वाइड-स्पेक्ट्रम इलेक्ट्रो-ऑप्टिक फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब जनरेशन प्राप्त करने के लिए उल्लेखनीय परिणाम भी बताए हैं। इसके परिणामस्वरूप 2000 से अधिक कॉम्ब लाइनों के साथ एक प्रभावशाली 450 एनएम कॉम्ब बैंडविड्थ प्राप्त हुआ, जो लिथियम नियोबेट के साथ प्राप्त की जा सकने वाली बैंडविड्थ से कई गुना अधिक है। केर ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब की तुलना में, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब थ्रेशोल्ड-फ़्री और अधिक स्थिर होने का लाभ प्रदान करते हैं, हालाँकि उन्हें उच्च-शक्ति वाले माइक्रोवेव इनपुट की आवश्यकता होती है।
③उच्च ऑप्टिकल क्षति सीमा
LTOI की ऑप्टिकल क्षति सीमा LNOI से दोगुनी है, जो गैर-रेखीय अनुप्रयोगों (और संभावित रूप से भविष्य के सुसंगत पूर्ण अवशोषण (CPO) अनुप्रयोगों) में लाभ प्रदान करती है। वर्तमान ऑप्टिकल मॉड्यूल पावर स्तरों से लिथियम नियोबेट को नुकसान पहुंचने की संभावना नहीं है।
④कम रमन प्रभाव
यह गैर-रेखीय अनुप्रयोगों से भी संबंधित है। लिथियम नियोबेट में एक मजबूत रमन प्रभाव होता है, जो केर ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब अनुप्रयोगों में अवांछित रमन प्रकाश उत्पादन और प्रतिस्पर्धा को बढ़ावा दे सकता है, जिससे x-कट लिथियम नियोबेट ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब को सोलिटन अवस्था तक पहुँचने से रोका जा सकता है। LTOI के साथ, क्रिस्टल ओरिएंटेशन डिज़ाइन के माध्यम से रमन प्रभाव को दबाया जा सकता है, जिससे x-कट LTOI को सोलिटन ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब उत्पादन प्राप्त करने की अनुमति मिलती है। यह उच्च गति वाले मॉड्यूलेटर के साथ सोलिटन ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब के मोनोलिथिक एकीकरण को सक्षम बनाता है, एक उपलब्धि जो LNOI के साथ प्राप्त नहीं की जा सकती है।
◆ पतली फिल्म लिथियम टैंटालेट (LTOI) का उल्लेख पहले क्यों नहीं किया गया?
लिथियम टैंटालेट का क्यूरी तापमान लिथियम नियोबेट (610°C बनाम 1157°C) से कम होता है। हेटेरोइंटीग्रेशन तकनीक (XOI) के विकास से पहले, लिथियम नियोबेट मॉड्यूलेटर टाइटेनियम डिफ्यूजन का उपयोग करके निर्मित किए जाते थे, जिसके लिए 1000°C से अधिक तापमान पर एनीलिंग की आवश्यकता होती है, जिससे LTOI अनुपयुक्त हो जाता है। हालाँकि, मॉड्यूलेटर निर्माण के लिए इन्सुलेटर सब्सट्रेट और वेवगाइड एचिंग का उपयोग करने की ओर आज के बदलाव के साथ, 610°C क्यूरी तापमान पर्याप्त से अधिक है।
◆ क्या थिन-फिल्म लिथियम टैंटालेट (LTOI) थिन-फिल्म लिथियम नियोबेट (TFLN) की जगह लेगा?
वर्तमान शोध के आधार पर, LTOI निष्क्रिय प्रदर्शन, स्थिरता और बड़े पैमाने पर उत्पादन लागत में लाभ प्रदान करता है, जिसमें कोई स्पष्ट कमियां नहीं हैं। हालांकि, LTOI मॉड्यूलेशन प्रदर्शन में लिथियम नियोबेट से आगे नहीं निकल पाता है, और LNOI के साथ स्थिरता के मुद्दों के लिए ज्ञात समाधान हैं। संचार DR 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-लेवल एचिंग प्रक्रियाओं, हेटेरोइंटीग्रेशन तकनीकों और विश्वसनीयता परीक्षण (लिथियम नियोबेट एचिंग के साथ कठिनाई वेवगाइड नहीं थी, बल्कि उच्च-उपज वेफर-लेवल एचिंग प्राप्त करना था) को फिर से स्थापित करने के लिए नए निवेश की आवश्यकता है। इसलिए, लिथियम नियोबेट की स्थापित स्थिति के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए, LTOI को और अधिक लाभ खोजने की आवश्यकता हो सकती है। हालांकि, अकादमिक रूप से, LTOI एकीकृत ऑन-चिप सिस्टम, जैसे ऑक्टेव-स्पैनिंग इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब्स, PPLT, सॉलिटन और AWG वेवलेंथ डिवीजन डिवाइस और ऐरे मॉड्यूलेटर के लिए महत्वपूर्ण शोध क्षमता प्रदान करता है।
पोस्ट करने का समय: नवम्बर-08-2024