अवलोकन

LNOI (लिथियम निओबेट ऑन इंसुलेटर) एक उच्च-प्रदर्शन वाला फोटोनिक सामग्री प्लेटफ़ॉर्म है जो वेफर-स्तरीय विषम एकीकरण द्वारा सक्षम है। इसमें एक एकल-क्रिस्टल लिथियम निओबेट (LN) पतली फिल्म बॉन्ड की गई है एक इंसुलेटिंग ऑक्साइड परत और एक सहायक सब्सट्रेट पर। यह संरचना उत्कृष्ट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक, नॉनलाइनियर ऑप्टिकल और कम-नीचे का सब्सट्रेट ट्रांसमिशन गुणों को प्रदर्शित है, जिससे यह अगली पीढ़ी के फोटोनिक एकीकृत सर्किट (PICs) के लिए एक प्रमुख सामग्री बन जाती है।       संरचना और

विनिर्देश

जैसा कि पीडीएफ के पृष्ठ 3

पर चित्रित किया गया है, LNOI वेफर में तीन-परत संरचना होती है:नीचे का सब्सट्रेटपरत

• : LN पतली फिल्म (300-600 nm)नीचे का सब्सट्रेटपरत
• : SiO₂ (2-15 μm)नीचे का सब्सट्रेट: Si, SiC, नीलम, या क्वार्ट्ज
• उपलब्ध कॉन्फ़िगरेशन:

वेफर आकार: 4-इंच / 6-इंच / 8-इंच (स्केलेबल रोडमैप)क्रिस्टल

• अभिविन्यास
• : Z-कट, X-कट, Y-कट, रोटेटेड Y-कटडोपिंग विकल्प
• : MgO (5 mol%), Er (1 mol%), आदि।मुख्य प्रदर्शन पैरामीटर

6-इंच वेफर्स के लिए (पृष्ठ 6 देखें):

भिन्नतामोटाई भिन्नता

• : ≤ 40 nm
• <100प्रक्रियादोष
• नियंत्रण:वॉइड्स (>10 μm):
• <80कण (>0.3 μm):
  • <2008-इंच वेफर्स के लिए
  • (पृष्ठ 9):मोटाई

भिन्नता सीमा: ~7.04 nmवॉइड्स:

• <100प्रक्रियालगातार
• अनुकूलितकी जाती है
• ऑप्टिकल और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रदर्शन परीक्षण डेटा

के आधार पर (

पृष्ठ 8):मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ: >67 GHzइलेक्ट्रो-ऑप्टिक दक्षता

• (Vπ·L): ~2.1 V·cm
• अल्ट्रा-लो ऑप्टिकल हानि (लाइनविड्थ ~0.78 pm)
• ये प्रदर्शितउच्च-गति और कम-

हानि वाले फोटोनिक डिवाइस के लिए उत्कृष्ट उपयुक्तता को प्रदर्शित करती हैं।अनुप्रयोगफोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट (PICs)

उच्च-गति ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर (100G/400G/800G+)

• माइक्रोवेव फोटोनिक्स
• नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स (आवृत्ति रूपांतरण, OPO, आदि।)
• क्वांटम फोटोनिक्स और सटीक संवेदन
• मुख्य लाभ
• मजबूत पोकेल्स इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव

अल्ट्रा-लो प्रोपेगेशन लॉस

• CMOS-संगत विषम एकीकरण
• बड़े वेफर आकारों (8-इंच तक) तक स्केलेबल
• LNOI वेफर के
• गुण

लिथियम निओबेट ऑन इंसुलेटर (LNOI) वेफर्स का निर्माण परिष्कृत चरणों की एक श्रृंखला को शामिल करता है जो सामग्री विज्ञान और उन्नत निर्माण तकनीकों को जोड़ते हैं। प्रक्रिया का उद्देश्य एक पतली, उच्च-गुणवत्ता वाली लिथियम निओबेट (LiNbO₃) फिल्म बनाना है जो सिलिकॉन या स्वयं लिथियम निओबेट जैसे इंसुलेटिंग सब्सट्रेट पर बॉन्ड की गई हो। निम्नलिखित प्रक्रिया का विस्तृत विवरण है:चरण 1: आयन आरोपण

LNOI वेफर्स के उत्पादन में पहला कदम आयन आरोपण है। एक बल्क लिथियम निओबेट क्रिस्टल को उच्च-ऊर्जा हीलियम (He) आयनों के संपर्क में लाया जाता है जो इसकी सतह में इंजेक्ट किए जाते हैं। आयन आरोपण मशीन हीलियम आयनों को तेज करती है, जो लिथियम निओबेट क्रिस्टल में एक विशिष्ट गहराई तक प्रवेश करते हैं।

हीलियम आयनों की ऊर्जा को क्रिस्टल में वांछित गहराई प्राप्त करने के लिए सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाता है। जैसे ही आयन क्रिस्टल से गुजरते हैं, वे सामग्री की जाली संरचना के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जिससे परमाणु व्यवधान होते हैं जो एक कमजोर तल के निर्माण की ओर ले जाते हैं, जिसे "आरोपण तल" के रूप में जाना जाता है। यह तल अंततः क्रिस्टल को दो अलग-अलग परतों में विभाजित करने की अनुमति देगा, जहां शीर्ष परत (परत ए के रूप में संदर्भित) LNOI के लिए आवश्यक पतली लिथियम निओबेट फिल्म बन जाती है।

इस पतली फिल्म की मोटाई सीधे आरोपण गहराई से प्रभावित होती है, जिसे हीलियम आयनों की ऊर्जा द्वारा नियंत्रित किया जाता है। आयन इंटरफ़ेस पर एक गॉसियन वितरण बनाते हैं, जो अंतिम फिल्म में एकरूपता सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है।

चरण 2: सब्सट्रेट तैयारी

एक बार आयन आरोपण प्रक्रिया पूरी हो जाने के बाद, अगला कदम उस सब्सट्रेट को तैयार करना है जो पतली लिथियम निओबेट फिल्म का समर्थन करेगा। LNOI वेफर्स के लिए, सामान्य सब्सट्रेट सामग्री में सिलिकॉन (Si) या स्वयं लिथियम निओबेट (LN) शामिल हैं। सब्सट्रेट को पतली फिल्म के लिए यांत्रिक सहायता प्रदान करनी चाहिए और बाद की प्रसंस्करण चरणों के दौरान दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित करनी चाहिए।

सब्सट्रेट तैयार करने के लिए, एक SiO₂ (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) इंसुलेटिंग परत को आमतौर पर थर्मल ऑक्सीकरण या PECVD (प्लाज्मा-एन्हांस्ड केमिकल वेपर डिपोजिशन) जैसी तकनीकों का उपयोग करके सिलिकॉन सब्सट्रेट की सतह पर जमा किया जाता है। यह परत लिथियम निओबेट फिल्म और सिलिकॉन सब्सट्रेट के बीच इंसुलेटिंग माध्यम के रूप में कार्य करती है। कुछ मामलों में, यदि SiO₂ परत पर्याप्त रूप से चिकनी नहीं है, तो यह सुनिश्चित करने के लिए एक केमिकल मैकेनिकल पॉलिशिंग (CMP) प्रक्रिया लागू की जाती है कि सतह एक समान है और बॉन्डिंग प्रक्रिया के लिए तैयार है।

चरण 3: पतली-फिल्म बॉन्डिंग

सब्सट्रेट तैयार करने के बाद, अगला कदम पतली लिथियम निओबेट फिल्म (परत ए) को सब्सट्रेट पर बॉन्ड करना है। लिथियम निओबेट क्रिस्टल, आयन आरोपण के बाद, 180 डिग्री घुमाया जाता है और तैयार सब्सट्रेट पर रखा जाता है। बॉन्डिंग प्रक्रिया आमतौर पर वेफर बॉन्डिंग तकनीक का उपयोग करके की जाती है।

वेफर बॉन्डिंग में, लिथियम निओबेट क्रिस्टल और सब्सट्रेट दोनों को उच्च दबाव और तापमान के अधीन किया जाता है, जिससे दोनों सतहें मजबूती से चिपक जाती हैं। प्रत्यक्ष बॉन्डिंग प्रक्रिया में आमतौर पर किसी भी चिपकने वाली सामग्री की आवश्यकता नहीं होती है, और सतहें आणविक स्तर पर बॉन्ड की जाती हैं। अनुसंधान उद्देश्यों के लिए, बेंजोसाइक्लोब्यूटेन (BCB) का उपयोग अतिरिक्त सहायता प्रदान करने के लिए एक मध्यवर्ती बॉन्डिंग सामग्री के रूप में किया जा सकता है, हालांकि इसकी सीमित दीर्घकालिक स्थिरता के कारण यह आमतौर पर वाणिज्यिक उत्पादन में उपयोग नहीं किया जाता है।

चरण 4: एनीलिंग और परत विभाजन

बॉन्डिंग प्रक्रिया के बाद, बॉन्ड किए गए वेफर को एनीलिंग उपचार से गुजरना पड़ता है। एनीलिंग लिथियम निओबेट परत और सब्सट्रेट के बीच बॉन्ड की ताकत में सुधार करने के साथ-साथ आयन आरोपण प्रक्रिया के कारण हुई किसी भी क्षति की मरम्मत के लिए महत्वपूर्ण है।

एनीलिंग के दौरान, बॉन्ड किए गए वेफर को एक विशिष्ट तापमान पर गर्म किया जाता है और उस तापमान पर एक निश्चित अवधि के लिए बनाए रखा जाता है। यह प्रक्रिया न केवल इंटरफेशियल बॉन्ड को मजबूत करती है बल्कि आयन-आरोपित परत में माइक्रोबबल्स के निर्माण को भी प्रेरित करती है। ये बुलबुले धीरे-धीरे लिथियम निओबेट परत (परत ए) को मूल बल्क लिथियम निओबेट क्रिस्टल (परत बी) से अलग करने का कारण बनते हैं।

एक बार अलगाव हो जाने के बाद, यांत्रिक उपकरणों का उपयोग दो परतों को अलग करने के लिए किया जाता है, जिससे सब्सट्रेट पर एक पतली, उच्च-गुणवत्ता वाली लिथियम निओबेट फिल्म (परत ए) रह जाती है। एनीलिंग और परत अलगाव प्रक्रिया को पूरा करते हुए, तापमान को धीरे-धीरे कमरे के तापमान तक कम कर दिया जाता है।

चरण 5: CMP प्लानराइज़ेशन

लिथियम निओबेट परत के अलगाव के बाद, LNOI वेफर की सतह आमतौर पर खुरदरी और असमान होती है। आवश्यक सतह गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए, वेफर को अंतिम केमिकल मैकेनिकल पॉलिशिंग (CMP) प्रक्रिया से गुजरना पड़ता है। CMP वेफर की सतह को चिकना करता है, किसी भी शेष खुरदरापन को हटाता है और यह सुनिश्चित करता है कि पतली फिल्म समतल हो।

CMP प्रक्रिया वेफर पर उच्च-गुणवत्ता वाली फिनिश प्राप्त करने के लिए आवश्यक है, जो बाद के डिवाइस निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है। सतह को बहुत महीन स्तर तक पॉलिश किया जाता है, अक्सर एटॉमिक फोर्स माइक्रोस्कोपी (AFM) द्वारा मापी गई 0.5 nm से कम खुरदरापन (Rq) के साथ।

प्रश्नोत्तर

1. प्रश्न: क्या लिथियम टैंटलेट लिथियम निओबेट के समान है?

लिथियम टैंटलेट (LiTaO₃) और लिथियम निओबेट (LiNbO₃) अलग-अलग सामग्रियां हैं जिनकी रासायनिक संरचनाएं (Ta बनाम Nb) भिन्न हैं, लेकिन समान क्रिस्टल संरचना (R3c स्पेस ग्रुप) और फेरोइलेक्ट्रिक गुण साझा करते हैं।2. प्रश्न: क्या लिथियम निओबेट एक पेरोव्स्काइट है?

लिथियम निओबेट एक गैर-पेरोव्स्काइट संरचना (R3c स्पेस ग्रुप) में क्रिस्टलीकृत होता है, जो विशिष्ट ABX₃ पेरोव्स्काइट संरचना से भिन्न होता है।

हालांकि, यह अपने ABO₃-जैसे ऑक्सीजन अष्टफलकीय फ्रेमवर्क के कारण पेरोव्स्काइट-जैसे फेरोइलेक्ट्रिक व्यवहार को प्रदर्शित करता है।