സംയോജിത ഒപ്റ്റിക്‌സ് ഫീൽഡിൽ ഒരു പ്രധാന പുതിയ ശക്തിയായി തിൻ-ഫിലിം ലിഥിയം ടാൻ്റലേറ്റ് (LTOI) മെറ്റീരിയൽ ഉയർന്നുവരുന്നു. ഈ വർഷം, ഷാങ്ഹായ് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് മൈക്രോസിസ്റ്റം ആൻഡ് ഇൻഫർമേഷൻ ടെക്‌നോളജിയിൽ നിന്നുള്ള പ്രൊഫസർ സിൻ ഔ നൽകിയ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള എൽടിഒഐ വേഫറുകളും ഇപിഎഫ്എല്ലിൽ പ്രൊഫസർ കിപ്പൻബെർഗിൻ്റെ ഗ്രൂപ്പ് വികസിപ്പിച്ച ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള വേവ് ഗൈഡ് എച്ചിംഗ് പ്രക്രിയകളും ഉപയോഗിച്ച് എൽടിഒഐ മോഡുലേറ്ററുകളെക്കുറിച്ചുള്ള നിരവധി ഉയർന്ന തലത്തിലുള്ള കൃതികൾ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു. , സ്വിറ്റ്സർലൻഡ്. അവരുടെ കൂട്ടായ ശ്രമങ്ങൾ ശ്രദ്ധേയമായ ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചു. കൂടാതെ, പ്രൊഫസർ ലിയു ലിയുവിൻ്റെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള സെജിയാങ് സർവകലാശാലയിലെയും പ്രൊഫസർ ലോൺകാറിൻ്റെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള ഹാർവാർഡ് സർവകലാശാലയിലെയും ഗവേഷണ സംഘങ്ങളും അതിവേഗ, ഉയർന്ന സ്ഥിരതയുള്ള LTOI മോഡുലേറ്ററുകളെ കുറിച്ച് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്.
നേർത്ത-ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റിൻ്റെ (LNOI) അടുത്ത ബന്ധു എന്ന നിലയിൽ, LTOI ലിഥിയം നിയോബേറ്റിൻ്റെ ഉയർന്ന വേഗതയുള്ള മോഡുലേഷനും കുറഞ്ഞ-നഷ്ട സ്വഭാവസവിശേഷതകളും നിലനിർത്തുന്നു, അതേസമയം കുറഞ്ഞ ചെലവ്, കുറഞ്ഞ ബൈഫ്രിംഗൻസ്, കുറഞ്ഞ ഫോട്ടോ റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇഫക്റ്റുകൾ എന്നിവയും വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും പ്രധാന സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ താരതമ്യം ചുവടെ അവതരിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.
◆ ലിഥിയം ടാൻ്റലേറ്റും (LTOI) ലിഥിയം നിയോബേറ്റും (LNOI) തമ്മിലുള്ള സമാനതകൾ
①റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സ്:2.12 vs 2.21
സിംഗിൾ-മോഡ് വേവ്ഗൈഡ് അളവുകൾ, ബെൻഡിംഗ് റേഡിയസ്, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സാധാരണ നിഷ്ക്രിയ ഉപകരണ വലുപ്പങ്ങൾ എന്നിവ വളരെ സമാനമാണെന്നും അവയുടെ ഫൈബർ കപ്ലിംഗ് പ്രകടനവും താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണെന്നും ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. നല്ല വേവ്ഗൈഡ് എച്ചിംഗ് ഉപയോഗിച്ച്, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളും ഒരു ഇൻസെർഷൻ നഷ്ടം കൈവരിക്കും<0.1 dB/cm. EPFL 5.6 dB/m വേവ്ഗൈഡ് നഷ്ടം റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യുന്നു.
②ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് കോഫിഫിഷ്യൻ്റ്:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
ഉയർന്ന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് അനുവദിക്കുന്ന പോക്കൽസ് ഇഫക്റ്റിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള മോഡുലേഷൻ ഉപയോഗിച്ച് മോഡുലേഷൻ കാര്യക്ഷമത രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകൾക്കും താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണ്. നിലവിൽ, LTOI മോഡുലേറ്ററുകൾക്ക് ഓരോ ലെയ്‌നിനും 400G പ്രകടനം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 110 GHz കവിയുന്നു.
③ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ്:3.93 eV vs 3.78 eV
രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകൾക്കും വിശാലമായ സുതാര്യമായ വിൻഡോ ഉണ്ട്, ദൃശ്യം മുതൽ ഇൻഫ്രാറെഡ് തരംഗദൈർഘ്യം വരെയുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകളെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു, ആശയവിനിമയ ബാൻഡുകളിൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടില്ല.
④സെക്കൻഡ്-ഓർഡർ നോൺലീനിയർ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
സെക്കൻഡ് ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ (എസ്എച്ച്ജി), ഡിഫറൻസ്-ഫ്രീക്വൻസി ജനറേഷൻ (ഡിഎഫ്ജി) അല്ലെങ്കിൽ സം-ഫ്രീക്വൻസി ജനറേഷൻ (എസ്എഫ്ജി) പോലുള്ള നോൺലീനിയർ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമത തികച്ചും സമാനമായിരിക്കണം.
◆ LTOI vs LNOI യുടെ ചെലവ് പ്രയോജനം
①കുറഞ്ഞ വേഫർ തയ്യാറാക്കൽ ചെലവ്
LNOI-ന് പാളി വേർതിരിക്കുന്നതിന് He ion ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ആവശ്യമാണ്, ഇതിന് കുറഞ്ഞ അയോണൈസേഷൻ കാര്യക്ഷമതയുണ്ട്. ഇതിനു വിപരീതമായി, LTOI വേർതിരിക്കലിനായി SOI-ക്ക് സമാനമായി H അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു, LNOI-യെക്കാൾ 10 മടങ്ങ് കൂടുതലുള്ള ഡിലാമിനേഷൻ കാര്യക്ഷമത. ഇത് 6 ഇഞ്ച് വേഫറുകളുടെ വിലയിൽ കാര്യമായ വ്യത്യാസമുണ്ടാക്കുന്നു: $300 വേഴ്സസ് $2000, ഒരു 85% ചെലവ് കുറയ്ക്കൽ.
②അക്കോസ്റ്റിക് ഫിൽട്ടറുകൾക്കായി ഉപഭോക്തൃ ഇലക്ട്രോണിക്സ് വിപണിയിൽ ഇത് ഇതിനകം വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു(750,000 യൂണിറ്റുകൾ പ്രതിവർഷം, സാംസങ്, ആപ്പിൾ, സോണി മുതലായവ ഉപയോഗിക്കുന്നു).
◆ LTOI vs LNOI യുടെ പ്രകടന നേട്ടങ്ങൾ
①കുറച്ച് മെറ്റീരിയൽ വൈകല്യങ്ങൾ, ദുർബലമായ ഫോട്ടോ റിഫ്രാക്റ്റീവ് പ്രഭാവം, കൂടുതൽ സ്ഥിരത
തുടക്കത്തിൽ, LNOI മോഡുലേറ്ററുകൾ പലപ്പോഴും ബയസ് പോയിൻ്റ് ഡ്രിഫ്റ്റ് പ്രദർശിപ്പിച്ചിരുന്നു, പ്രാഥമികമായി വേവ്ഗൈഡ് ഇൻ്റർഫേസിലെ തകരാറുകൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന ചാർജ് ശേഖരണം കാരണം. ചികിത്സിച്ചില്ലെങ്കിൽ, ഈ ഉപകരണങ്ങൾ സ്ഥിരത കൈവരിക്കാൻ ഒരു ദിവസം വരെ എടുത്തേക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിനായി മെറ്റൽ ഓക്സൈഡ് ക്ലാഡിംഗ്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ധ്രുവീകരണം, അനീലിംഗ് എന്നിവ പോലുള്ള വിവിധ രീതികൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, ഇത് ഇപ്പോൾ ഈ പ്രശ്‌നത്തെ വലിയ തോതിൽ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയും.
നേരെമറിച്ച്, LTOI-ക്ക് കുറച്ച് മെറ്റീരിയൽ വൈകല്യങ്ങളുണ്ട്, ഇത് ഡ്രിഫ്റ്റ് പ്രതിഭാസങ്ങളെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നു. അധിക പ്രോസസ്സിംഗ് ഇല്ലാതെ പോലും, അതിൻ്റെ പ്രവർത്തന പോയിൻ്റ് താരതമ്യേന സ്ഥിരതയുള്ളതാണ്. EPFL, Harvard, Zhejiang University എന്നിവയും സമാനമായ ഫലങ്ങൾ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, താരതമ്യത്തിൽ പലപ്പോഴും ചികിത്സയില്ലാത്ത LNOI മോഡുലേറ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, അത് പൂർണ്ണമായും ന്യായമായിരിക്കില്ല; പ്രോസസ്സിംഗിനൊപ്പം, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും പ്രകടനം സമാനമായിരിക്കും. പ്രധാന വ്യത്യാസം LTOI-ൽ കുറച്ച് അധിക പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്.
②ലോവർ ബൈഫ്രിംഗൻസ്: 0.004 vs 0.07
ലിഥിയം നിയോബേറ്റിൻ്റെ (LNOI) ഉയർന്ന ബൈഫ്രിംഗൻസ് ചില സമയങ്ങളിൽ വെല്ലുവിളി ഉയർത്തുന്നു, പ്രത്യേകിച്ചും വേവ്ഗൈഡ് വളവുകൾ മോഡ് കപ്ലിംഗിനും മോഡ് ഹൈബ്രിഡൈസേഷനും കാരണമാകും. നേർത്ത LNOI-ൽ, വേവ്ഗൈഡിലെ ഒരു വളവിന് TE ലൈറ്റിനെ ഭാഗികമായി TM ലൈറ്റാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയും, ഇത് ഫിൽട്ടറുകൾ പോലെയുള്ള ചില നിഷ്ക്രിയ ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തെ സങ്കീർണ്ണമാക്കുന്നു.
LTOI ഉപയോഗിച്ച്, താഴ്ന്ന ബൈഫ്രിംഗൻസ് ഈ പ്രശ്നം ഇല്ലാതാക്കുന്നു, ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള നിഷ്ക്രിയ ഉപകരണങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുന്നത് എളുപ്പമാക്കുന്നു. EPFL ശ്രദ്ധേയമായ ഫലങ്ങളും റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്, LTOI-യുടെ കുറഞ്ഞ ബൈഫ്രിംഗൻസും മോഡ്-ക്രോസിംഗിൻ്റെ അഭാവവും പ്രയോജനപ്പെടുത്തി, വിശാലമായ സ്പെക്ട്രൽ ശ്രേണിയിലുടനീളം ഫ്ലാറ്റ് ഡിസ്പേഴ്സൺ കൺട്രോൾ സഹിതം അൾട്രാ-വൈഡ്-സ്പെക്ട്രം ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് ഫ്രീക്വൻസി ചീപ്പ് ഉൽപ്പാദനം കൈവരിക്കുന്നു. ഇത് 2000-ലധികം ചീപ്പ് ലൈനുകളുള്ള ആകർഷകമായ 450 nm ചീപ്പ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഉണ്ടാക്കി, ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് നേടാവുന്നതിനേക്കാൾ നിരവധി മടങ്ങ് വലുതാണ്. കെർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി ചീപ്പുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഉയർന്ന പവർ മൈക്രോവേവ് ഇൻപുട്ട് ആവശ്യമാണെങ്കിലും, ത്രെഷോൾഡ്-ഫ്രീയും കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുമുള്ളവയാണ് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് ചീപ്പുകൾ.
③ഉയർന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ ഡാമേജ് ത്രെഷോൾഡ്
LTOI-യുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ നാശത്തിൻ്റെ പരിധി LNOI-യുടെ ഇരട്ടിയാണ്, ഇത് നോൺ-ലീനിയർ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ (കൂടാതെ ഭാവിയിൽ സാധ്യമായ കോഹറൻ്റ് പെർഫെക്റ്റ് അബ്സോർപ്ഷൻ (CPO) ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ) ഒരു നേട്ടം നൽകുന്നു. നിലവിലെ ഒപ്റ്റിക്കൽ മൊഡ്യൂൾ പവർ ലെവലുകൾ ലിഥിയം നിയോബേറ്റിനെ നശിപ്പിക്കാൻ സാധ്യതയില്ല.
④കുറഞ്ഞ രാമൻ പ്രഭാവം
ഇത് നോൺ ലീനിയർ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും ബാധകമാണ്. ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന് ശക്തമായ രാമൻ ഇഫക്റ്റ് ഉണ്ട്, ഇത് കെർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി ചീപ്പ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ അനാവശ്യമായ രാമൻ പ്രകാശ ഉൽപ്പാദനത്തിനും മത്സരം നേടുന്നതിനും ഇടയാക്കും, എക്‌സ്-കട്ട് ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി ചീപ്പുകൾ സോളിറ്റൺ അവസ്ഥയിൽ എത്തുന്നത് തടയുന്നു. LTOI ഉപയോഗിച്ച്, ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയൻ്റേഷൻ ഡിസൈനിലൂടെ രാമൻ പ്രഭാവം അടിച്ചമർത്താൻ കഴിയും, ഇത് സോളിറ്റൺ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പ് ജനറേഷൻ നേടാൻ x-കട്ട് LTOI-യെ അനുവദിക്കുന്നു. ഇത് ഹൈ-സ്പീഡ് മോഡുലേറ്ററുകളുള്ള സോളിറ്റൺ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി ചീപ്പുകളുടെ മോണോലിത്തിക്ക് സംയോജനം സാധ്യമാക്കുന്നു, ഇത് LNOI-ൽ നേടാനാകാത്ത നേട്ടമാണ്.
◆ എന്തുകൊണ്ട് തിൻ-ഫിലിം ലിഥിയം ടാൻ്റലേറ്റ് (LTOI) നേരത്തെ പരാമർശിച്ചില്ല?
ലിഥിയം നിയോബേറ്റിനേക്കാൾ (610°C വേഴ്സസ് 1157°C) ക്യൂറി താപനില ലിഥിയം ടാൻ്റലേറ്റിന് കുറവാണ്. ഹെറ്ററോഇൻ്റഗ്രേഷൻ ടെക്‌നോളജി (XOI) വികസിപ്പിക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, ടൈറ്റാനിയം ഡിഫ്യൂഷൻ ഉപയോഗിച്ച് ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മോഡുലേറ്ററുകൾ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിരുന്നു, ഇതിന് 1000 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ കൂടുതൽ അനീലിംഗ് ആവശ്യമാണ്, ഇത് LTOI അനുയോജ്യമല്ലാതാക്കി. എന്നിരുന്നാലും, മോഡുലേറ്റർ രൂപീകരണത്തിനായി ഇൻസുലേറ്റർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളും വേവ്ഗൈഡ് എച്ചിംഗും ഉപയോഗിക്കുന്നതിലേക്കുള്ള ഇന്നത്തെ മാറ്റത്തിൽ, 610 ° C ക്യൂറി താപനില ആവശ്യത്തേക്കാൾ കൂടുതലാണ്.
◆ തിൻ-ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് (TFLN) മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുമോ?
നിലവിലെ ഗവേഷണത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, LTOI നിഷ്ക്രിയ പ്രകടനം, സ്ഥിരത, വലിയ തോതിലുള്ള ഉൽപ്പാദനച്ചെലവ് എന്നിവയിൽ നേട്ടങ്ങൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, പ്രത്യക്ഷമായ പോരായ്മകളൊന്നുമില്ല. എന്നിരുന്നാലും, മോഡുലേഷൻ പ്രകടനത്തിൽ LTOI ലിഥിയം നിയോബേറ്റിനെ മറികടക്കുന്നില്ല, കൂടാതെ LNOI-യുമായുള്ള സ്ഥിരത പ്രശ്നങ്ങൾക്ക് പരിഹാരങ്ങൾ അറിയാം. കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ഡിആർ മൊഡ്യൂളുകൾക്ക്, നിഷ്ക്രിയ ഘടകങ്ങൾക്ക് കുറഞ്ഞ ഡിമാൻഡാണ് (ആവശ്യമെങ്കിൽ സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് ഉപയോഗിക്കാം). കൂടാതെ, വേഫർ-ലെവൽ എച്ചിംഗ് പ്രക്രിയകൾ, ഹെറ്ററോഇൻ്റഗ്രേഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ, വിശ്വാസ്യത പരിശോധന എന്നിവ പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്നതിന് പുതിയ നിക്ഷേപങ്ങൾ ആവശ്യമാണ് (ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് എച്ചിംഗിൻ്റെ ബുദ്ധിമുട്ട് വേവ്ഗൈഡല്ല, മറിച്ച് ഉയർന്ന വിളവ് നൽകുന്ന വേഫർ-ലെവൽ എച്ചിംഗ് നേടുകയാണ്). അതിനാൽ, ലിഥിയം നിയോബേറ്റിൻ്റെ സ്ഥാപിത സ്ഥാനവുമായി മത്സരിക്കുന്നതിന്, LTOI-ക്ക് കൂടുതൽ നേട്ടങ്ങൾ കണ്ടെത്തേണ്ടി വന്നേക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, അക്കാദമികമായി, ഒക്ടേവ്-സ്പാനിംഗ് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് ചീപ്പുകൾ, PPLT, സോളിറ്റൺ, AWG തരംഗദൈർഘ്യ ഡിവിഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ, അറേ മോഡുലേറ്ററുകൾ എന്നിവ പോലെയുള്ള സംയോജിത ഓൺ-ചിപ്പ് സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക് LTOI കാര്യമായ ഗവേഷണ സാധ്യതകൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.
പോസ്റ്റ് സമയം: നവംബർ-08-2024