Oblea LNOI (LiNbO3 sobre aislante) de 8 pulgadas para moduladores ópticos, guías de onda y circuitos integrados.
Diagrama detallado
Introducción
Las obleas de niobato de litio sobre aislante (LNOI) son un material de vanguardia utilizado en diversas aplicaciones ópticas y electrónicas avanzadas. Estas obleas se producen mediante la transferencia de una fina capa de niobato de litio (LiNbO₃) a un sustrato aislante, generalmente silicio u otro material adecuado, utilizando técnicas sofisticadas como la implantación iónica y la unión de obleas. La tecnología LNOI comparte muchas similitudes con la tecnología de obleas de silicio sobre aislante (SOI), pero aprovecha las propiedades ópticas únicas del niobato de litio, un material conocido por sus características piezoeléctricas, piroeléctricas y ópticas no lineales.
Las obleas de LNOI han cobrado gran relevancia en campos como la óptica integrada, las telecomunicaciones y la computación cuántica debido a su rendimiento superior en aplicaciones de alta frecuencia y alta velocidad. Estas obleas se fabrican mediante la técnica de corte inteligente (Smart-cut), que permite un control preciso del espesor de la película delgada de niobato de litio, garantizando así que cumplan con las especificaciones requeridas para diversas aplicaciones.
Principio
El proceso de creación de obleas de LNOI comienza con un cristal de niobato de litio a granel. Este cristal se somete a implantación iónica, donde se introducen iones de helio de alta energía en su superficie. Estos iones penetran el cristal a una profundidad específica y alteran su estructura, creando una capa superficial que posteriormente se utiliza para separar el cristal en capas delgadas. La energía específica de los iones de helio controla la profundidad de implantación, lo que influye directamente en el grosor de la capa final de niobato de litio.
Tras la implantación iónica, el cristal de niobato de litio se une a un sustrato mediante una técnica denominada unión de obleas. El proceso de unión suele emplear un método de unión directa, en el que las dos superficies (el cristal de niobato de litio implantado iónicamente y el sustrato) se presionan entre sí a alta temperatura y presión para crear una unión fuerte. En algunos casos, se puede utilizar un material adhesivo como el benzociclobuteno (BCB) para mayor soporte.
Tras la unión, la oblea se somete a un proceso de recocido para reparar cualquier daño causado por la implantación iónica y mejorar la unión entre las capas. El proceso de recocido también facilita la separación de la fina capa de niobato de litio del cristal original, dejando una capa delgada y de alta calidad de niobato de litio que puede utilizarse para la fabricación de dispositivos.
Presupuesto
Las obleas LNOI se caracterizan por varias especificaciones importantes que garantizan su idoneidad para aplicaciones de alto rendimiento. Estas incluyen:
Especificaciones de materiales
| Material | Especificaciones |
| Material | Homogéneo: LiNbO3 |
| Calidad del material | Burbujas o inclusiones <100 μm |
| Orientación | Corte en Y ±0,2° |
| Densidad | 4,65 g/cm³ |
| Temperatura de Curie | 1142 ±1°C |
| Transparencia | >95% en el rango de 450-700 nm (10 mm de espesor) |
Especificaciones de fabricación
| Parámetro | Especificación |
| Diámetro | 150 mm ±0,2 mm |
| Espesor | 350 μm ±10 μm |
| Llanura | <1,3 μm |
| Variación total del espesor (TTV) | Deformación <70 μm en oblea de 150 mm |
| Variación del espesor local (LTV) | <70 μm a 150 mm de oblea |
| Aspereza | Rq ≤0,5 nm (valor RMS de AFM) |
| Calidad de la superficie | 40-20 |
| Partículas (no removibles) | 100-200 μm ≤3 partículas |
| Papas fritas | <300 μm (oblea completa, sin zona de exclusión) |
| Grietas | Sin grietas (oblea completa) |
| Contaminación | Sin manchas que no se puedan quitar (oblea completa) |
| Paralelismo | <30 segundos de arco |
| Plano de referencia de orientación (eje X) | 47 ±2 mm |
Aplicaciones
Las obleas LNOI se utilizan en una amplia gama de aplicaciones debido a sus propiedades únicas, especialmente en los campos de la fotónica, las telecomunicaciones y las tecnologías cuánticas. Algunas de las aplicaciones clave incluyen:
Óptica integrada:Las obleas de LNOI se utilizan ampliamente en circuitos ópticos integrados, donde permiten la creación de dispositivos fotónicos de alto rendimiento como moduladores, guías de onda y resonadores. Las elevadas propiedades ópticas no lineales del niobato de litio lo convierten en una excelente opción para aplicaciones que requieren una manipulación eficiente de la luz.
Telecomunicaciones:Las obleas LNOI se utilizan en moduladores ópticos, componentes esenciales en sistemas de comunicación de alta velocidad, incluidas las redes de fibra óptica. Su capacidad para modular la luz a altas frecuencias las convierte en la opción ideal para los sistemas de telecomunicaciones modernos.
Computación cuántica:En las tecnologías cuánticas, las obleas de LNOI se utilizan para fabricar componentes para computadoras cuánticas y sistemas de comunicación cuántica. Las propiedades ópticas no lineales del LNOI se aprovechan para crear pares de fotones entrelazados, que son fundamentales para la distribución de claves cuánticas y la criptografía cuántica.
Sensores:Las obleas LNOI se utilizan en diversas aplicaciones de detección, incluidos sensores ópticos y acústicos. Su capacidad para interactuar tanto con la luz como con el sonido las hace versátiles para diferentes tipos de tecnologías de detección.
Preguntas frecuentes
Q:¿Qué es la tecnología LNOI?
La tecnología A:LNOI consiste en la transferencia de una fina película de niobato de litio sobre un sustrato aislante, generalmente silicio. Esta tecnología aprovecha las propiedades únicas del niobato de litio, como sus elevadas características ópticas no lineales, piezoelectricidad y piroelectricidad, lo que lo hace ideal para la óptica integrada y las telecomunicaciones.
Q:¿Cuál es la diferencia entre las obleas LNOI y SOI?
R: Tanto las obleas LNOI como las SOI son similares en cuanto a que constan de una fina capa de material adherida a un sustrato. Sin embargo, las obleas LNOI utilizan niobato de litio como material de la película delgada, mientras que las obleas SOI utilizan silicio. La diferencia clave reside en las propiedades del material de la película delgada, ya que el LNOI ofrece propiedades ópticas y piezoeléctricas superiores.
Q:¿Cuáles son las ventajas de utilizar obleas LNOI?
R: Las principales ventajas de las obleas LNOI incluyen sus excelentes propiedades ópticas, como sus elevados coeficientes ópticos no lineales, y su resistencia mecánica. Estas características hacen que las obleas LNOI sean ideales para su uso en aplicaciones cuánticas, de alta velocidad y alta frecuencia.
Q:¿Se pueden utilizar obleas de LNOI para aplicaciones cuánticas?
Sí, las obleas LNOI se utilizan ampliamente en tecnologías cuánticas debido a su capacidad para generar pares de fotones entrelazados y su compatibilidad con la fotónica integrada. Estas propiedades son cruciales para aplicaciones en computación cuántica, comunicaciones y criptografía.
Q:¿Cuál es el espesor típico de las películas de LNOI?
A: El espesor de las películas de LNOI suele oscilar entre unos pocos cientos de nanómetros y varios micrómetros, dependiendo de la aplicación específica. El espesor se controla durante el proceso de implantación iónica.
