Plaquette de 8 pouces LNOI (LiNbO3 sur isolant) pour modulateurs optiques, guides d'ondes et circuits intégrés
Diagramme détaillé
Introduction
Les plaquettes de niobate de lithium sur isolant (LNOI) sont un matériau de pointe utilisé dans diverses applications optiques et électroniques avancées. Elles sont produites par le transfert d'une fine couche de niobate de lithium (LiNbO₃) sur un substrat isolant, généralement du silicium ou un autre matériau approprié, grâce à des techniques sophistiquées telles que l'implantation ionique et le collage de plaquettes. La technologie LNOI présente de nombreuses similitudes avec la technologie des plaquettes de silicium sur isolant (SOI), mais tire parti des propriétés optiques uniques du niobate de lithium, un matériau reconnu pour ses caractéristiques piézoélectriques, pyroélectriques et optiques non linéaires.
Les plaquettes de niobate de lithium (LNOI) suscitent un vif intérêt dans des domaines tels que l'optique intégrée, les télécommunications et l'informatique quantique, grâce à leurs performances exceptionnelles dans les applications à haute fréquence et à haut débit. Fabriquées selon la technique de découpe intelligente (« Smart-cut »), ces plaquettes bénéficient d'un contrôle précis de l'épaisseur de la couche mince de niobate de lithium, garantissant ainsi leur conformité aux spécifications requises pour diverses applications.
Principe
Le procédé de fabrication des plaquettes de LNOI débute avec un cristal massif de niobate de lithium. Ce cristal subit une implantation ionique, au cours de laquelle des ions hélium de haute énergie sont introduits à sa surface. Ces ions pénètrent dans le cristal à une profondeur précise et perturbent sa structure, créant ainsi un plan fragile qui pourra ensuite être utilisé pour séparer le cristal en fines couches. L'énergie spécifique des ions hélium détermine la profondeur d'implantation, ce qui influe directement sur l'épaisseur de la couche finale de niobate de lithium.
Après l'implantation ionique, le cristal de niobate de lithium est collé à un substrat par une technique appelée collage de plaquettes. Ce procédé de collage utilise généralement une méthode de collage direct, où les deux surfaces (le cristal de niobate de lithium implanté et le substrat) sont pressées l'une contre l'autre à haute température et pression afin de créer une liaison solide. Dans certains cas, un adhésif comme le benzocyclobutène (BCB) peut être utilisé pour un support supplémentaire.
Après collage, la plaquette subit un recuit afin de réparer les dommages causés par l'implantation ionique et de renforcer l'adhérence entre les couches. Ce recuit permet également de détacher la fine couche de niobate de lithium du cristal d'origine, laissant ainsi une couche mince et de haute qualité de niobate de lithium utilisable pour la fabrication de dispositifs.
Caractéristiques
Les plaquettes LNOI se caractérisent par plusieurs spécifications importantes qui garantissent leur adéquation aux applications hautes performances. Celles-ci comprennent :
Spécifications des matériaux
| Matériau | Spécifications |
| Matériel | Homogène : LiNbO3 |
| Qualité des matériaux | Bulles ou inclusions <100μm |
| Orientation | Coupe en Y ±0,2° |
| Densité | 4,65 g/cm³ |
| Température de Curie | 1142 ±1°C |
| Transparence | >95% dans la plage 450-700 nm (épaisseur de 10 mm) |
Spécifications de fabrication
| Paramètre | Spécifications |
| Diamètre | 150 mm ±0,2 mm |
| Épaisseur | 350 μm ±10 μm |
| Platitude | <1,3 μm |
| Variation totale d'épaisseur (TTV) | Déformation <70 μm sur une plaquette de 150 mm |
| Variation locale d'épaisseur (LTV) | <70 μm sur une plaquette de 150 mm |
| Rugosité | Rq ≤ 0,5 nm (valeur RMS AFM) |
| Qualité de surface | 40-20 |
| Particules (non amovibles) | 100-200 μm ≤ 3 particules |
| Puces | <300 μm (plaquette entière, sans zone d'exclusion) |
| Fissures | Aucune fissure (plaquette entière) |
| Contamination | Aucune tache indélébile (plaquette entière) |
| Parallélisme | <30 secondes d'arc |
| Plan de référence d'orientation (axe X) | 47 ±2 mm |
Applications
Les plaquettes LNOI sont utilisées dans de nombreuses applications grâce à leurs propriétés uniques, notamment dans les domaines de la photonique, des télécommunications et des technologies quantiques. Voici quelques exemples d'applications clés :
Optique intégrée :Les plaquettes de LNOI sont largement utilisées dans les circuits optiques intégrés, où elles permettent la réalisation de dispositifs photoniques hautes performances tels que les modulateurs, les guides d'ondes et les résonateurs. Les propriétés optiques non linéaires élevées du niobate de lithium en font un excellent choix pour les applications nécessitant une manipulation efficace de la lumière.
Télécommunications :Les plaquettes LNOI sont utilisées dans les modulateurs optiques, composants essentiels des systèmes de communication à haut débit, notamment les réseaux de fibres optiques. Leur capacité à moduler la lumière à hautes fréquences les rend idéales pour les systèmes de télécommunications modernes.
Informatique quantique :Dans le domaine des technologies quantiques, les plaquettes LNOI servent à fabriquer des composants pour les ordinateurs quantiques et les systèmes de communication quantique. Les propriétés optiques non linéaires du LNOI sont exploitées pour créer des paires de photons intriqués, essentielles à la distribution de clés quantiques et à la cryptographie quantique.
Capteurs :Les plaquettes LNOI sont utilisées dans diverses applications de détection, notamment les capteurs optiques et acoustiques. Leur capacité à interagir avec la lumière et le son les rend polyvalentes pour différents types de technologies de détection.
FAQ
Q:Qu'est-ce que la technologie LNOI ?
La technologie A:LNOI consiste à transférer un film mince de niobate de lithium sur un substrat isolant, généralement du silicium. Cette technologie tire parti des propriétés uniques du niobate de lithium, telles que ses caractéristiques optiques non linéaires élevées, sa piézoélectricité et sa pyroélectricité, ce qui la rend idéale pour l'optique intégrée et les télécommunications.
Q:Quelle est la différence entre les plaquettes LNOI et SOI ?
A: Les plaquettes LNOI et SOI sont similaires en ce qu'elles sont constituées d'une fine couche de matériau collée à un substrat. Cependant, les plaquettes LNOI utilisent du niobate de lithium comme matériau de la couche mince, tandis que les plaquettes SOI utilisent du silicium. La principale différence réside dans les propriétés du matériau de la couche mince : les plaquettes LNOI offrent des propriétés optiques et piézoélectriques supérieures.
Q:Quels sont les avantages de l'utilisation de plaquettes LNOI ?
A : Les principaux avantages des plaquettes LNOI résident dans leurs excellentes propriétés optiques, notamment leurs coefficients optiques non linéaires élevés, et leur résistance mécanique. Ces caractéristiques rendent les plaquettes LNOI idéales pour les applications à haute vitesse, haute fréquence et quantiques.
Q:Les plaquettes LNOI peuvent-elles être utilisées pour des applications quantiques ?
A : Oui, les plaquettes LNOI sont largement utilisées dans les technologies quantiques en raison de leur capacité à générer des paires de photons intriqués et de leur compatibilité avec la photonique intégrée. Ces propriétés sont essentielles pour les applications en informatique quantique, en communication et en cryptographie.
Q:Quelle est l'épaisseur typique des films LNOI ?
L'épaisseur des films A:LNOI varie généralement de quelques centaines de nanomètres à plusieurs micromètres, selon l'application. Elle est contrôlée lors du processus d'implantation ionique.
