개요

LNOI(Lithium Niobate on Insulator)는 고성능 광자 소재입니다.플랫폼 활성화됨웨이퍼 레벨 이종별완성. 그것은 단일로 구성됩니다 -결정니오브산리튬(LN) 박막보세 위에절연 산화물층및 지지 기판. 이 구조결합하다우수한 전기광학, 비선형 광학 및 저감도손실 전염 속성차세대 광전자의 핵심소재로 자리매김통합 회로(사진).

구조 &명세서

처럼삽화가 든~에PDF 3페이지, LNOI 웨이퍼는 3개의층구조:

• 맨 위층: LN박막(300~600 nm)
• 가운데층: SiO2(2~15μm)
• 하단 기판: Si, SiC, 사파이어, 석영

사용 가능구성:

• 웨이퍼 크기: 4인치 / 6인치 / 8인치(확장 가능한 로드맵)
• 결정 정위: Z컷, X컷, Y컷,회전Y컷
• 도핑옵션: MgO(5mol%), Er(1mol%) 등

주요 성과매개변수

을 위한6인치 웨이퍼(6페이지 참조):

• 박막 두께: 300~600nm
• 두께변화: 40nm 이하
• 표면거칠기: ~0.19nm RMS(5페이지 테스트 결과)
• 결함제어:
  • 공극(>10μm): <80
  • 입자(>0.3μm): <200

을 위한8인치 웨이퍼(9페이지):

• 두께변화범위: ~7.04 nm
• 보이드: <100
• 프로세스 계속해서최적화된

광학 및 전기광학 성능

테스트 기준데이터(8페이지):

• 변조 대역폭: >67GHz
• 전기광학능률(Vπ·L): ~2.1V·cm
• 초저광학손실(선폭 ~0.78pm)

이것들형질 입증하다훌륭한적당고속 및 저속용손실광자장치.

응용

• 광자 집적 회로(PIC)
• 고속 광 변조기(100G/400G/800G+)
• 마이크로파 포토닉스
• 비선형 광학(주파수 변환, OPO 등)
• 양자 포토닉스 및 정밀 감지

주요 장점

• 강력한 포켈 전기광학 효과
• 매우 낮은 전파 손실
• CMOS 호환 이기종 통합
• 대형 웨이퍼 크기(최대 8인치)로 확장 가능

속성​​LNOI 웨이퍼

LNOI(리튬 니오베이트 온 절연체) 웨이퍼 제조에는 재료 과학과 고급 제조 기술을 결합한 정교한 일련의 단계가 포함됩니다. 이 공정은 실리콘이나 니오브산리튬 자체와 같은 절연 기판에 결합된 얇고 고품질의 니오브산리튬(LiNbO₃) 필름을 만드는 것을 목표로 합니다. 다음은 프로세스에 대한 자세한 설명입니다.

1단계: 이온 주입

LNOI 웨이퍼 생산의 첫 번째 단계에는 이온 주입이 포함됩니다. 벌크 니오브산 리튬 결정은 표면에 주입된 고에너지 헬륨(He) 이온에 노출됩니다. 이온 주입 기계는 헬륨 이온을 가속시켜 니오브산 리튬 결정을 특정 깊이까지 관통합니다.

헬륨 이온의 에너지는 결정에서 원하는 깊이를 얻기 위해 신중하게 제어됩니다. 이온이 결정을 통과하면서 이동하면서 물질의 격자 구조와 상호 작용하여 "주입층"으로 알려진 약화된 평면이 형성되는 원자 붕괴를 일으킵니다. 이 층은 결국 결정이 두 개의 서로 다른 층으로 쪼개질 수 있게 하며, 여기서 최상층(층 A라고 함)은 LNOI에 필요한 얇은 니오브산리튬 필름이 됩니다.

이 박막의 두께는 헬륨 이온의 에너지에 의해 제어되는 주입 깊이에 의해 직접적인 영향을 받습니다. 이온은 인터페이스에서 가우스 분포를 형성하며 이는 최종 필름의 균일성을 보장하는 데 중요합니다.

2단계: 기판 준비

이온 주입 공정이 완료되면 다음 단계는 얇은 리튬 니오베이트 필름을 지지할 기판을 준비하는 것입니다. LNOI 웨이퍼의 경우 일반적인 기판 재료에는 실리콘(Si) 또는 니오브산리튬(LN) 자체가 포함됩니다. 기판은 박막에 기계적 지지를 제공하고 후속 처리 단계에서 장기적인 안정성을 보장해야 합니다.

기판을 준비하기 위해 일반적으로 열 산화 또는 PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착)와 같은 기술을 사용하여 SiO2(이산화규소) 절연층을 실리콘 기판 표면에 증착합니다. 이 층은 니오브산리튬막과 실리콘 기판 사이의 절연 매체 역할을 합니다. 어떤 경우에는 SiO2 층이 충분히 매끄럽지 않은 경우 표면을 균일하게 하고 결합 공정을 준비하기 위해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정이 적용됩니다.

3단계: 박막 접착

기판을 준비한 후, 다음 단계는 얇은 리튬 니오베이트 필름(A층)을 기판에 접착하는 것입니다. 이온 주입 후 리튬 니오베이트 결정을 180도 뒤집어 준비된 기판 위에 놓습니다. 본딩 공정은 일반적으로 웨이퍼 본딩 기술을 사용하여 수행됩니다.

웨이퍼 본딩에서는 니오브산리튬 결정과 기판 모두 높은 압력과 온도에 노출되어 두 표면이 강하게 접착됩니다. 직접 접착 공정에는 일반적으로 접착 재료가 필요하지 않으며 표면이 분자 수준에서 접착됩니다. 연구 목적으로 벤조사이클로부텐(BCB)은 추가적인 지지력을 제공하기 위한 중간 결합 재료로 사용될 수 있지만 일반적으로 제한된 장기 안정성으로 인해 상업적 생산에는 사용되지 않습니다.

4단계: 어닐링 및 층 분할

접합 공정 후, 접합된 웨이퍼는 어닐링 처리를 거칩니다. 어닐링은 니오브산리튬층과 기판 사이의 결합 강도를 향상시키고 이온 주입 공정으로 인한 손상을 복구하는 데 중요합니다.

어닐링 중에 결합된 웨이퍼는 특정 온도로 가열되고 특정 기간 동안 해당 온도를 유지합니다. 이 과정은 계면 결합을 강화할 뿐만 아니라 이온 주입층에 미세 기포의 형성을 유도합니다. 이러한 기포는 점차적으로 니오브산리튬층(A층)이 원래의 벌크 니오브산리튬 결정(B층)으로부터 분리되도록 합니다.

분리가 이루어지면 기계적 도구를 사용하여 두 층을 분리하여 기판에 얇은 고품질 니오브산 리튬 필름(층 A)을 남깁니다. 서서히 온도를 상온으로 낮추어 어닐링 및 층분리 과정을 완료한다.

5단계: CMP 평탄화

니오브산리튬층을 분리한 후 LNOI 웨이퍼의 표면은 일반적으로 거칠고 고르지 않습니다. 필요한 표면 품질을 달성하기 위해 웨이퍼는 최종 CMP(화학 기계적 연마) 공정을 거칩니다. CMP는 웨이퍼 표면을 매끄럽게 만들어 남은 거칠기를 제거하고 얇은 필름이 평면이 되도록 합니다.

CMP 공정은 웨이퍼의 고품질 마감을 얻는 데 필수적이며, 이는 후속 장치 제조에 매우 중요합니다. 표면은 매우 미세한 수준으로 연마되며, 원자현미경(AFM)으로 측정했을 때 거칠기(Rq)가 0.5 nm 미만인 경우가 많습니다.

1. Q: 탄탈산리튬은 니오브산리튬과 동일한가요?​​

답: 아니요. 탄탈산리튬(LiTaO₃)과 니오브산리튬(LiNbO₃)은 화학적 조성(Ta 대 Nb)이 다르지만 비슷한 결정 구조(R3c 공간군)와 강유전성 특성을 공유하는 별개의 물질입니다.

2. Q: 니오브산리튬은 페로브스카이트인가요?​​

답: 아니요. 니오브산리튬은 표준 ABX₃ 페로브스카이트 구조와는 달리 비페로브스카이트 구조(R3c 공간군)로 결정화됩니다. 그러나 ABO₃와 유사한 산소 팔면체 구조로 인해 페로브스카이트와 같은 강유전성 거동을 나타냅니다.