पतली परत वाली लिथियम टैंटलेट (LTOI) सामग्री एकीकृत प्रकाशिकी क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण नई शक्ति के रूप में उभर रही है। इस वर्ष, LTOI मॉड्यूलेटरों पर कई उच्च-स्तरीय शोध प्रकाशित हुए हैं, जिनमें शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ माइक्रोसिस्टम एंड इंफॉर्मेशन टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर शिन ओउ द्वारा प्रदान किए गए उच्च-गुणवत्ता वाले LTOI वेफर्स और स्विट्जरलैंड के EPFL में प्रोफेसर किपेनबर्ग के समूह द्वारा विकसित उच्च-गुणवत्ता वाली वेवगाइड एचिंग प्रक्रियाएं शामिल हैं। उनके सहयोगात्मक प्रयासों ने प्रभावशाली परिणाम प्रदर्शित किए हैं। इसके अतिरिक्त, प्रोफेसर लियू लियू के नेतृत्व में झेजियांग विश्वविद्यालय और प्रोफेसर लोनकार के नेतृत्व में हार्वर्ड विश्वविद्यालय की शोध टीमों ने भी उच्च गति और उच्च स्थिरता वाले LTOI मॉड्यूलेटरों पर रिपोर्ट प्रस्तुत की है।
थिन-फिल्म लिथियम नायोबेट (LNOI) के निकट संबंधी होने के नाते, LTOI लिथियम नायोबेट के उच्च गति मॉड्यूलेशन और कम हानि वाले गुणों को बरकरार रखता है, साथ ही कम लागत, कम द्विअपवर्तन और कम फोटोरिफ़्रेक्टिव प्रभावों जैसे लाभ भी प्रदान करता है। नीचे दोनों सामग्रियों के मुख्य गुणों की तुलना प्रस्तुत की गई है।
◆ लिथियम टैंटलेट (LTOI) और लिथियम नायोबेट (LNOI) के बीच समानताएं
①अपवर्तनांक:2.12 बनाम 2.21
इसका तात्पर्य यह है कि दोनों सामग्रियों पर आधारित सिंगल-मोड वेवगाइड के आयाम, बेंडिंग त्रिज्या और सामान्य पैसिव डिवाइस के आकार बहुत समान हैं, और उनका फाइबर कपलिंग प्रदर्शन भी तुलनीय है। अच्छी वेवगाइड एचिंग के साथ, दोनों सामग्रियां 100°C का इंसर्शन लॉस प्राप्त कर सकती हैं।<0.1 dB/cm. EPFL ने 5.6 dB/m का वेवगाइड लॉस बताया है।
②इलेक्ट्रो-ऑप्टिक गुणांक:30.5 pm/V बनाम 30.9 pm/V
दोनों सामग्रियों के लिए मॉड्यूलेशन दक्षता तुलनीय है, और पॉकेल्स प्रभाव पर आधारित मॉड्यूलेशन उच्च बैंडविड्थ की अनुमति देता है। वर्तमान में, LTOI मॉड्यूलेटर 110 GHz से अधिक बैंडविड्थ के साथ 400G प्रति लेन प्रदर्शन प्राप्त करने में सक्षम हैं।
③ऊर्जा अंतराल:3.93 eV बनाम 3.78 eV
दोनों सामग्रियों में एक विस्तृत पारदर्शी क्षेत्र होता है, जो दृश्य से लेकर अवरक्त तरंग दैर्ध्य तक के अनुप्रयोगों का समर्थन करता है, और संचार बैंड में कोई अवशोषण नहीं होता है।
④द्वितीय-कोटि अरैखिक गुणांक (d33):21 अपराह्न/V बनाम 27 अपराह्न/V
यदि इनका उपयोग द्वितीय हार्मोनिक जनरेशन (एसएचजी), डिफरेंस-फ्रीक्वेंसी जनरेशन (डीएफजी), या सम-फ्रीक्वेंसी जनरेशन (एसएफजी) जैसे गैर-रेखीय अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, तो दोनों सामग्रियों की रूपांतरण दक्षता काफी समान होनी चाहिए।
◆ एलटीओआई बनाम एलएनओआई का लागत लाभ
①वेफर तैयार करने की लागत कम
LNOI में परत पृथक्करण के लिए हीलियम आयन प्रत्यारोपण की आवश्यकता होती है, जिसकी आयनीकरण दक्षता कम होती है। इसके विपरीत, LTOI पृथक्करण के लिए हाइड्रोजन आयन प्रत्यारोपण का उपयोग करता है, जो SOI के समान है, और इसकी विखंडन दक्षता LNOI से 10 गुना अधिक है। इसके परिणामस्वरूप 6-इंच वेफर्स की कीमत में काफी अंतर आता है: $300 बनाम $2000, यानी 85% की लागत में कमी।
②उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स बाजार में ध्वनिक फिल्टर के लिए इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।(प्रति वर्ष 750,000 यूनिट, सैमसंग, एप्पल, सोनी आदि द्वारा उपयोग की जाती हैं)।
◆ एलटीओआई बनाम एलएनओआई के प्रदर्शन संबंधी लाभ
①कम भौतिक दोष, कमजोर प्रकाश अपवर्तक प्रभाव, अधिक स्थिरता
प्रारंभ में, LNOI मॉड्यूलेटरों में अक्सर बायस पॉइंट ड्रिफ्ट देखी जाती थी, जिसका मुख्य कारण वेवगाइड इंटरफ़ेस पर दोषों के कारण आवेश का संचय था। यदि इसका उपचार न किया जाए, तो इन उपकरणों को स्थिर होने में एक दिन तक का समय लग सकता था। हालांकि, इस समस्या के समाधान के लिए विभिन्न विधियाँ विकसित की गईं, जैसे कि मेटल ऑक्साइड क्लैडिंग, सबस्ट्रेट पोलराइजेशन और एनीलिंग, जिससे अब यह समस्या काफी हद तक नियंत्रित हो गई है।
इसके विपरीत, LTOI में भौतिक दोष कम होते हैं, जिससे ड्रिफ्ट की घटनाएं काफी हद तक कम हो जाती हैं। अतिरिक्त प्रसंस्करण के बिना भी, इसका ऑपरेटिंग पॉइंट अपेक्षाकृत स्थिर रहता है। EPFL, हार्वर्ड और झेजियांग विश्वविद्यालय द्वारा भी इसी प्रकार के परिणाम बताए गए हैं। हालांकि, तुलना में अक्सर बिना उपचारित LNOI मॉड्यूलेटर का उपयोग किया जाता है, जो पूरी तरह से उचित नहीं हो सकता; प्रसंस्करण के साथ, दोनों सामग्रियों का प्रदर्शन संभवतः समान होता है। मुख्य अंतर यह है कि LTOI में अतिरिक्त प्रसंस्करण चरणों की आवश्यकता कम होती है।
②निम्न द्विअपवर्तन: 0.004 बनाम 0.07
लिथियम नायोबेट (LNOI) की उच्च द्विअपवर्तनशीलता कभी-कभी चुनौतीपूर्ण हो सकती है, विशेष रूप से जब वेवगाइड में मोड़ के कारण मोड युग्मन और मोड संकरण हो सकता है। पतले LNOI में, वेवगाइड में मोड़ आंशिक रूप से TE प्रकाश को TM प्रकाश में परिवर्तित कर सकता है, जिससे फिल्टर जैसे कुछ निष्क्रिय उपकरणों के निर्माण में जटिलता आ सकती है।
LTOI के साथ, कम द्विअपवर्तन इस समस्या को दूर करता है, जिससे उच्च-प्रदर्शन वाले निष्क्रिय उपकरणों का विकास आसान हो सकता है। EPFL ने LTOI के कम द्विअपवर्तन और मोड-क्रॉसिंग की अनुपस्थिति का लाभ उठाते हुए, एक विस्तृत स्पेक्ट्रल रेंज में समतल फैलाव नियंत्रण के साथ अल्ट्रा-वाइड-स्पेक्ट्रम इलेक्ट्रो-ऑप्टिक आवृत्ति कॉम्ब जनरेशन प्राप्त करने में उल्लेखनीय परिणाम दर्ज किए हैं। इसके परिणामस्वरूप 2000 से अधिक कॉम्ब लाइनों के साथ 450 nm की प्रभावशाली कॉम्ब बैंडविड्थ प्राप्त हुई, जो लिथियम नायोबेट से प्राप्त की जा सकने वाली बैंडविड्थ से कई गुना अधिक है। केर ऑप्टिकल आवृत्ति कॉम्ब की तुलना में, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब थ्रेशोल्ड-मुक्त और अधिक स्थिर होने का लाभ प्रदान करते हैं, हालांकि इसके लिए उच्च-शक्ति वाले माइक्रोवेव इनपुट की आवश्यकता होती है।
③उच्चतर प्रकाशीय क्षति सीमा
LTOI की ऑप्टिकल क्षति सीमा LNOI की तुलना में दोगुनी है, जो नॉनलाइनियर अनुप्रयोगों (और संभावित रूप से भविष्य के कोहेरेंट परफेक्ट एब्जॉर्प्शन (CPO) अनुप्रयोगों) में लाभ प्रदान करती है। वर्तमान ऑप्टिकल मॉड्यूल पावर स्तरों से लिथियम नायोबेट को नुकसान होने की संभावना नहीं है।
④कम रमन प्रभाव
यह बात नॉनलाइनियर अनुप्रयोगों पर भी लागू होती है। लिथियम नायोबेट में प्रबल रमन प्रभाव होता है, जो केर ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब अनुप्रयोगों में अवांछित रमन प्रकाश उत्पादन और गेन प्रतिस्पर्धा का कारण बन सकता है, जिससे x-कट लिथियम नायोबेट ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स सॉलिटॉन अवस्था तक नहीं पहुँच पाते। LTOI के साथ, क्रिस्टल ओरिएंटेशन डिज़ाइन के माध्यम से रमन प्रभाव को कम किया जा सकता है, जिससे x-कट LTOI सॉलिटॉन ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब उत्पादन प्राप्त कर सकता है। इससे सॉलिटॉन ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स का हाई-स्पीड मॉड्युलेटर के साथ मोनोलिथिक एकीकरण संभव हो पाता है, जो LNOI के साथ संभव नहीं है।
◆ थिन-फिल्म लिथियम टैंटलेट (एलटीओआई) का उल्लेख पहले क्यों नहीं किया गया?
लिथियम टैंटलेट का क्यूरी तापमान लिथियम नायोबेट की तुलना में कम होता है (610°C बनाम 1157°C)। हेट्रोइंटीग्रेशन तकनीक (XOI) के विकास से पहले, लिथियम नायोबेट मॉड्यूलेटर टाइटेनियम डिफ्यूजन का उपयोग करके निर्मित किए जाते थे, जिसके लिए 1000°C से अधिक तापमान पर एनीलिंग की आवश्यकता होती थी, जिससे LTOI अनुपयुक्त हो जाता था। हालांकि, मॉड्यूलेटर निर्माण के लिए इंसुलेटर सबस्ट्रेट्स और वेवगाइड एचिंग के उपयोग की ओर बढ़ते रुझान के साथ, 610°C का क्यूरी तापमान पर्याप्त से अधिक है।
◆ क्या थिन-फिल्म लिथियम टैंटलेट (LTOI) थिन-फिल्म लिथियम नायोबेट (TFLN) का स्थान ले लेगा?
वर्तमान शोध के आधार पर, लिथियम नायोबेट (LTOI) निष्क्रिय प्रदर्शन, स्थिरता और बड़े पैमाने पर उत्पादन लागत में लाभ प्रदान करता है, और इसमें कोई स्पष्ट कमियां नहीं हैं। हालांकि, मॉड्यूलेशन प्रदर्शन में LTOI लिथियम नायोबेट से बेहतर नहीं है, और LTOI की स्थिरता संबंधी समस्याओं के समाधान ज्ञात हैं। संचार DR मॉड्यूल के लिए, निष्क्रिय घटकों की न्यूनतम मांग है (और आवश्यकता पड़ने पर सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग किया जा सकता है)। इसके अतिरिक्त, वेफर-स्तरीय एचिंग प्रक्रियाओं, हेट्रोइंटीग्रेशन तकनीकों और विश्वसनीयता परीक्षण को पुनः स्थापित करने के लिए नए निवेश की आवश्यकता है (लिथियम नायोबेट एचिंग में कठिनाई वेवगाइड की नहीं बल्कि उच्च-उपज वाली वेफर-स्तरीय एचिंग प्राप्त करने की थी)। इसलिए, लिथियम नायोबेट की स्थापित स्थिति से 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, सॉलिटॉन और AWG तरंगदैर्ध्य विभाजन उपकरण, और ऐरे मॉड्यूलेटर के लिए महत्वपूर्ण अनुसंधान क्षमता प्रदान करता है।
पोस्ट करने का समय: 8 नवंबर 2024