리?? 니오배트 결정, 단일 결정 얇은 필름, 그리고 광학 칩 산업에서 그들의 미래 개발

리?? 니오배트 결정, 단일 결정 얇은 필름, 그리고 광학 칩 산업에서 그들의 미래 개발

5G/6G 통신 기술, 빅 데이터 및 인공 지능과 같은 응용 프로그램의 급속한 발전으로 차세대 광학 칩에 대한 수요가 증가하고 있습니다.리?? 니오바트 결정, 그들의 우수한 전기 광학, 비선형 광학 및 피에조 전기적 특성으로 광학 칩의 핵심 재료가 되었고 광학 시대의 "광학 실리콘"으로 알려져 있습니다.최근 몇 년 동안, 리?? 니오바트 단일 결정 얇은 필름의 준비 및 장치 처리 기술에서 돌파구가 이루어졌습니다.더 높은 통합, 초고속 전기 광학 효과, 넓은 대역폭 및 낮은 전력 소비. 이러한 특성은 고속 전기 광학 모듈러와 같은 분야에서 광범위한 응용 가능성을 제공합니다.통합 광학, 그리고 양자 광학.

이 기사는 광학 수준의 리?? 니오바트 결정, 단일 결정 얇은 필름 준비 기술,그리고 관련 정책, 광학 칩, 통합 광학 플랫폼 및 양자 광학 장치의 최신 응용 분야를 분석합니다.리?? 니오바트 크리스타l- 얇은 필름 기기 산업 체인 및 향후 발전에 대한 제안을 제공합니다.중국은 리?? 니오배트 단일 결정 얇은 필름 및 리?? 니오배트 기반 광 전자 장치 분야에서 국제 선진 수준과 동등합니다., 그러나 고품질 리?? 니오바트 결정 물질의 산업화에는 여전히 상당한 격차가 있습니다. 산업 구조를 최적화하고 기초 연구를 강화함으로써중국은 리?? 니오배트 산업 클러스터를 형성할 것으로 예상됩니다., 재료 준비에서 장치 설계, 제조 및 응용.

리?? 니오바트 얇은 필름은 다음 세대의 다기능 통합 광학 정보 처리 칩 기판을위한 중요한 후보 재료가되었습니다.리?? 니오바트 결정 물질을 기반으로 한 광학 모듈러 시장 용량 예측은 $ 36에 도달 할 것으로 예상됩니다.2026년까지 70억 원이 될 것입니다. 실리콘 광학 변조기 및 인디엄 포스피드 변조기와 비교하면 얇은 필름 리?? 니오바트 변조기가 높은 대역폭, 낮은 삽입 손실,낮은 전력 소비그들은 또한 소형화를 가능하게 하며, 더 작은 일관성 광학 모듈과 데이터 통신을 위한 광학 모듈에 대한 증가하는 수요를 충족시킵니다.중국은 결정 물질에 대한 독립적인 통제를 달성했습니다.현재 여러 국내 제조업체는 800 Gbps 얇은 필름 리?? 니오배트 광 모듈 솔루션을 출시했습니다.이미 해당 제품을 테스트하고 있는 하류 고객1.6 T 광학 모듈의 장점은 미래에 더욱 두드러질 것입니다.

1.리?? 니오바트 결정 및 단일 결정 얇은 필름에 대한 연구 진전

리?? 니오바트 단일 결정의 물리적 및 화학적 특성은 크게 [Li]/[Nb] 비율과 불순물에 달려 있습니다.리?? 니오바트 (CLN) 결정, 같은 성분을 가지고 있으며, 많은 수의 리?? 빈점 (VLi) 과 항 위치 니오비아 (Nb) 점 결함을 포함하는 리?? 결핍 성분입니다. 스토히오메트릭 리?? 니오바트 (SLN) 결정,1에 가까운 [Li]/[Nb] 비율:1리?? 니오배트 단일 결정은 음향 및 광학 등급 재료로 분류됩니다.리?? 니오바트 결정 성장에 종사하는 관련 기관은 표 1에 표시됩니다., 일본 기업들이 광학 수준의 리?? 니오바트의 성장에 주요 기여자입니다.광학용 리?? 니오바트 웨이퍼의 국내 생산률은 5% 미만입니다., 수입에 크게 의존하고 있습니다.

일본 회사 야마모토 세라믹스는 8인치 리?? 니오바트 결정과 웨이퍼를 성공적으로 산업화했습니다. 국내에서는 Tiantong Holdings Co., Ltd.(티안동) 및 중국 전자 기술 (China Electronics Technology)., Ltd (Deqing Huaying) 는 각각 2000년과 2019년에 8인치 리?? 니오배트 결정과 웨이퍼를 제조했지만 아직 산업용 대량 생산을 달성하지 못했습니다.스테키오메트릭 및 광학 수준의 리?? 니오바트, 국내 리?? 니오바트 크리스탈 성장 회사와 일본 회사 사이에 약 20 년의 기술 격차가 남아 있습니다. 따라서,중국에서는 고품질 광학 수준의 리?? 니오바트 결정의 성장 이론과 공정 기술에 돌파구를 만들 필요가 있습니다..

리?? 니오바트 광학 구조, 광학 칩 및 장치의 국제적 돌파구는 주로 리?? 니오바트 얇은 필름 재료의 개발 및 산업화로 인한 것입니다.하지만, 리?? 니오바트 단일 결정의 부서지기 때문에 나노미터 범위 (100-2,000 nm) 의 두께의 고품질의 얇은 필름을 제조하는 것이 매우 어렵습니다.이온 이식 및 직접 결합 기술은 나노미터 두께의 리?? 니오바트 단일 크리스탈 얇은 필름으로 대용량 단일 크리스탈을 분리 할 수 있습니다., 대규모 리?? 니오배트 광학 통합을 가능하게 합니다. 현재, Jinan Jingzheng, 프랑스의 Soitec SA, 일본의 Kyocera Corporation 등 전 세계적으로 몇 회사만이리?? 니오바트 단일 결정 얇은 필름의 생산 기술을 숙지하고 있습니다.진안 진젠 (Jinan Jingzheng) 은 이온 빔 절단과 직접 결합 핵심 기술을 사용하여 이러한 과정을 산업화한 최초의 사람이었습니다.리?? 니오바트 얇은 필름 (NanoLN) 의 세계 선도 브랜드를 만드는 것, 리?? 니오배트 얇은 필름 장치의 세계 기초 연구 및 R&D의 90% 이상을 지원합니다. 2023 년, Jinan Jingzheng는 광학 수준의 8 인치 리?? 니오배트 얇은 필름을 도입했습니다. (그림 1 ((b))),업계에서 최초로 8인치 X축 리?? 니오바트 결정에서 리?? 니오바트 얇은 필름을 생산하는 회사가되었습니다.Jinan Jingzheng의 제품 시리즈의 주요 지표는 물리적 성능, 두께 균일성, 결함 억제 및 제거를 포함하여 국제 표준의 최전선에 있습니다.

2.리?? 니오바트의 첨단 응용

전통적인 리?? 니오배트 단일 결정 물질과 비교하면 얇은 필름 리?? 니오배트는 더 작은 크기, 저렴한 비용, 더 높은 통합을 제공합니다.더 넓은 온도 범위와 전기장 조건에서 안정적으로 작동 할 수 있습니다.이러한 장점은 5G 통신, 양자 컴퓨팅, 광섬유 통신 및 센서와 같은 분야에서 매우 적용 가능하도록합니다. 큰 잠재력을 보여줍니다.특히 전기 광학 변조, 광적 신호 처리 및 고속 데이터 전송 (태블 1).

2.1 고속 전기 광학 변조기 리?? 니오바트 변조기

높은 속도, 낮은 전력 소비, 높은 신호/소음 비율의 장점으로 초고속 백본 광 통신 네트워크에 널리 사용됩니다.잠수함 광통신망대용량 사진 리토그래피, 초저하 손실 파도 유도 제조,그리고 이질적 인 통합은 얇은 필름 리?? 니오바트 모듈러의 개발을 주도했습니다., 800Gbps와 1.6T 고속 광학 모듈 애플리케이션을 지원할 수 있습니다.얇은 필름 리?? 니오바트는 초고 대역폭과 같은 뛰어난 기능을 제공합니다., 낮은 전력 소비, 낮은 손실, 작은 크기, 와이퍼 수준의 대량 생산을 달성 할 수있는 능력, 전기 광학 변조기에 대한 이상적인 재료로 만듭니다.얇은 필름 리?? 니오바트 모듈러의 세계 시장은 꾸준히 성장하고 있습니다.2029년까지 세계 시장 규모가 20억 달러에 달할 것으로 예상되며 연평균 41.0%의 성장률을 기록합니다.

국제적으로, a research team from Harvard University successfully developed a 100 GHz bandwidth complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)-compatible integrated Mach-Zehnder interferometer (MZI) electro-optic modulator in 20182021 년 후지쓰 광학 장치 주식회사 (Fujitsu Optical Devices Ltd.) 가 세계 최초의 상업용 200 GBaud 얇은 필름 리?? 니오베트 변조기를 출시했으며 중국에서도 상당한 진전이 이루어졌습니다.

2.2 리?? 니오바트 통합 광학 플랫폼

리?? 니오바트 통합 광 플랫폼에서는 주파수 빗자루에서 주파수 변환기 및 모듈러에 이르기까지 다양한 응용 프로그램이 달성되었습니다.리?? 니오바트 칩에 레이저를 통합하는 것은 여전히 중요한 과제입니다.2022년 하버드대학교의 연구팀은 하이퍼라이트와 프리덤 포토닉스와 협력하여칩 수준의 페메토초초 펄스 소스와 리?? 니오베트 칩에 세계 최초로 완전히 통합된 고전력 레이저를 성공적으로 입증했습니다. (그림 2 ((a))이 리?? 니오베트 칩 레이저는 고성능 플러그 앤 플레이 레이저와 통합되어 비용, 복잡성그리고 미래의 통신 시스템의 전력 소비또한 더 큰 광학 시스템에 통합 될 수 있으며 센싱, 원자 시계, 리더, 양자 정보 및 데이터 통신과 같은 분야에서 광범위한 응용 프로그램을 가지고 있습니다.좁은 선 너비의 통합 레이저의 추가 개발, 높은 안정성, 그리고 고속 조정 가능한 주파수 기능도 산업의 중요한 요구입니다. 2023년, ETH 취리히와 IBM의 연구자들은 저손실, 좁은 선 너비,높은 변조율, 리?? 니오바트-실리콘 나이트라이드 이질적인 통합 광 플랫폼에서 안정적인 레이저 출력, 반복 속도가 약 10 GHz, 1,065 nm에서 4.8 ps 광 펄스,에너지 2을 초과.6pJ, 최대 전력 0.5W 이상

미국 국립 표준 기술 연구소 (NIST) 의 연구자들은다세그먼트 나노 광학 통합 얇은 필름 리?? 니오바트 파도 안내 장치의 도입에 기반, 성공적으로 자외선에서 가시 스펙트럼에 걸쳐 연속 주파수 빗 스펙트럼을 생성 The research team from City University of Hong Kong developed an integrated lithium niobate microwave photonic chip that can use optics for ultrafast simulation of electronic signal processing and computation, 전통적인 전자 프로세서보다 1,000배 더 빠른 속도를 달성하고, 67 GHz 초대 폭의 처리 대역폭과 우수한 계산 정확성을 달성합니다.난카이 대학교와 홍콩 시립 대학교의 협업으로 세계 최초의 통합 얇은 필름 리?? 니오배트 광학 밀리미터 파드 레이더가 성공적으로 개발되었습니다., 4인치 얇은 필름 리?? 니오배트 플랫폼을 기반으로, 센티미터 수준의 거리와 속도 감지 해상도의 획기적인 발전을 달성,그리고 반성 광도 레이더 (ISAR) 2차원 영상 (그림 2 (b))전통적인 밀리미터 파동 레이더는 일반적으로 여러 개의 분리된 구성 요소가 함께 작동해야 하지만 칩 통합 기술을 통해레이더의 모든 핵심 기능이 하나의 15mm × 1로 통합됩니다..5mm × 0.5mm 칩, 시스템 복잡성을 크게 줄입니다. 이 기술은 6G 시대 차량 레이더, 항공 레이더 및 스마트 홈 시스템과 같은 분야에서 적용 될 것입니다.

2.3 양자 광학 응용 프로그램은 얇은 필름 리?? 니오바트에 다양한 기능 장치를 통합했습니다.

얽힌 광원, 전기 광학 변조기, 파도 선도 빔 스플리터 등이 통합된 설계는 효율적인 생성과 높은 속도로 조작을 가능하게 합니다.양자 칩의 기능과 성능을 향상시켜 양자 정보 처리 및 전송에 더 효율적인 솔루션을 제공합니다.스탠퍼드 대학 연구원 들 은 다이아몬드와 리?? 니오바이트 를 하나의 칩 으로 결합 시켰다, 다이아몬드의 분자 구조는 조작이 쉬워 고정된 양자 비트들을 수용할 수 있고, 리?? 니오바이트는 그것을 통과하는 빛의 주파수를 변화시킬 수 있습니다.광적 변형을 허용하는이 재료 조합은 양자 칩의 성능을 향상시키고 기능을 확장하기위한 새로운 아이디어를 제공합니다.압축된 광학 양자 상태를 생성하고 조작하는 것이 양자 강화 기술의 핵심 기반입니다., 그러나 그들의 준비 시스템은 일반적으로 추가적인 큰 광학적 구성 요소가 필요합니다. Caltech의 연구팀은 리?? 니오배트 기반의 통합 나노 광학 플랫폼을 성공적으로 개발했습니다.동일한 광 칩에서 압축 상태의 생성 및 측정을 가능하게 하는. This technique for preparing and characterizing sub-optical period compressed states in the nanophotonics system provides an important technological path for the development of scalable quantum information systems.

3개발 추세와 도전: 인공지능과 대형 모델의 발전으로

리?? 니오바이트의 미래 성장점은 주로 고급 광 칩 분야에 초점을 맞출 것입니다.특히 초고속 광학 모듈러와 같은 핵심 광학 칩 기술의 돌파구를 포함합니다.레이저 및 탐지 장치; 장치 성능을 향상시키기 위해 광 칩에 얇은 필름 리?? 니오바이트의 응용을 촉진합니다.고품질 필름의 대량 생산을 달성하기 위해 리?? 니오바트 얇은 필름 제조 기술의 연구 및 개발 강화· 그리고 얇은 필름 리?? 니오바이트를 실리콘 기반 광전자 장치와 통합하여 비용을 줄이는 것을 촉진합니다.

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