സംയോജിത ഒപ്റ്റിക്സ് മേഖലയിലെ ഒരു പുതിയ ശക്തിയായി തിൻ-ഫിലിം ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് (LTOI) മെറ്റീരിയൽ ഉയർന്നുവരുന്നു. ഈ വർഷം, LTOI മോഡുലേറ്ററുകളെക്കുറിച്ചുള്ള നിരവധി ഉയർന്ന തലത്തിലുള്ള കൃതികൾ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു, ഷാങ്ഹായ് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് മൈക്രോസിസ്റ്റം ആൻഡ് ഇൻഫർമേഷൻ ടെക്നോളജിയിൽ നിന്നുള്ള പ്രൊഫസർ സിൻ ഔ നൽകിയ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള LTOI വേഫറുകളും സ്വിറ്റ്സർലൻഡിലെ EPFL-ലെ പ്രൊഫസർ കിപ്പൻബെർഗിന്റെ ഗ്രൂപ്പ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള വേവ്ഗൈഡ് എച്ചിംഗ് പ്രക്രിയകളും ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. അവരുടെ സഹകരണ ശ്രമങ്ങൾ ശ്രദ്ധേയമായ ഫലങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്. കൂടാതെ, പ്രൊഫസർ ലിയു ലിയുവിന്റെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള ഷെജിയാങ് സർവകലാശാലയിലെയും പ്രൊഫസർ ലോങ്കാറിന്റെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള ഹാർവാർഡ് സർവകലാശാലയിലെയും ഗവേഷണ സംഘങ്ങൾ അതിവേഗ, ഉയർന്ന സ്ഥിരതയുള്ള LTOI മോഡുലേറ്ററുകളെക്കുറിച്ച് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്.
നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ (LNOI) അടുത്ത ബന്ധു എന്ന നിലയിൽ, LTOI ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ ഉയർന്ന വേഗതയിലുള്ള മോഡുലേഷനും കുറഞ്ഞ നഷ്ടത്തിലുള്ള സ്വഭാവസവിശേഷതകളും നിലനിർത്തുന്നു, അതേസമയം കുറഞ്ഞ ചെലവ്, കുറഞ്ഞ ബൈർഫ്രിംഗൻസ്, കുറഞ്ഞ ഫോട്ടോറിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇഫക്റ്റുകൾ തുടങ്ങിയ ഗുണങ്ങളും ഇത് വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. രണ്ട് വസ്തുക്കളുടെയും പ്രധാന സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ താരതമ്യം ചുവടെ അവതരിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.
◆ ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റും (LTOI) ലിഥിയം നിയോബേറ്റും (LNOI) തമ്മിലുള്ള സമാനതകൾ
① (ഓഡിയോ)അപവർത്തന സൂചിക:2.12 vs 2.21
ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് സിംഗിൾ-മോഡ് വേവ്ഗൈഡ് അളവുകൾ, ബെൻഡിംഗ് റേഡിയസ്, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളെയും അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സാധാരണ നിഷ്ക്രിയ ഉപകരണ വലുപ്പങ്ങൾ എന്നിവ വളരെ സമാനമാണെന്നും അവയുടെ ഫൈബർ കപ്ലിംഗ് പ്രകടനവും താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണെന്നും ആണ്. നല്ല വേവ്ഗൈഡ് എച്ചിംഗ് ഉപയോഗിച്ച്, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകൾക്കും ഇൻസേർഷൻ നഷ്ടം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും.<0.1 dB/cm. EPFL 5.6 dB/m വേവ്ഗൈഡ് നഷ്ടം റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യുന്നു.
② (ഓഡിയോ)ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് ഗുണകം:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും മോഡുലേഷൻ കാര്യക്ഷമത താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണ്, പൊക്കെൽസ് ഇഫക്റ്റിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള മോഡുലേഷൻ, ഉയർന്ന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് അനുവദിക്കുന്നു. നിലവിൽ, LTOI മോഡുലേറ്ററുകൾക്ക് ഓരോ ലെയ്‌നിലും 400G പ്രകടനം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 110 GHz കവിയുന്നു.
③ ③ മിനിമംബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ്:3.93 eV vs 3.78 eV
രണ്ട് വസ്തുക്കൾക്കും വിശാലമായ സുതാര്യമായ ഒരു ജാലകം ഉണ്ട്, ദൃശ്യ തരംഗദൈർഘ്യം മുതൽ ഇൻഫ്രാറെഡ് തരംഗദൈർഘ്യം വരെയുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകളെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു, ആശയവിനിമയ ബാൻഡുകളിൽ ആഗിരണം ഇല്ല.
④ (ഓഡിയോ)രണ്ടാം-ക്രമ നോൺലീനിയർ ഗുണകം (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
സെക്കൻഡ് ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ (SHG), ഡിഫറൻസ്-ഫ്രീക്വൻസി ജനറേഷൻ (DFG), അല്ലെങ്കിൽ സം-ഫ്രീക്വൻസി ജനറേഷൻ (SFG) പോലുള്ള നോൺ-ലീനിയർ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമത വളരെ സമാനമായിരിക്കണം.
◆ LTOI vs LNOI യുടെ ചെലവ് നേട്ടം
① (ഓഡിയോ)കുറഞ്ഞ വേഫർ തയ്യാറാക്കൽ ചെലവ്
ലെയർ വേർതിരിക്കലിനായി LNOI-ക്ക് He അയോൺ ഇംപ്ലാന്റേഷൻ ആവശ്യമാണ്, ഇതിന് കുറഞ്ഞ അയോണൈസേഷൻ കാര്യക്ഷമതയുണ്ട്. ഇതിനു വിപരീതമായി, LNOI വേർതിരിക്കലിനായി SOI-യെ പോലെ H അയോൺ ഇംപ്ലാന്റേഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു, LNOI-യെക്കാൾ 10 മടങ്ങ് കൂടുതൽ ഡീലാമിനേഷൻ കാര്യക്ഷമതയോടെ. ഇത് 6-ഇഞ്ച് വേഫറുകൾക്ക് ഗണ്യമായ വില വ്യത്യാസത്തിന് കാരണമാകുന്നു: $300 vs. $2000, 85% ചെലവ് കുറവ്.
② (ഓഡിയോ)അക്കൗസ്റ്റിക് ഫിൽട്ടറുകൾക്കായി ഉപഭോക്തൃ ഇലക്ട്രോണിക്സ് വിപണിയിൽ ഇത് ഇതിനകം വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.(സാംസങ്, ആപ്പിൾ, സോണി മുതലായവ പ്രതിവർഷം 750,000 യൂണിറ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു).
◆ LTOI vs LNOI യുടെ പ്രകടന ഗുണങ്ങൾ
① (ഓഡിയോ)കുറഞ്ഞ മെറ്റീരിയൽ വൈകല്യങ്ങൾ, ദുർബലമായ ഫോട്ടോറിഫ്രാക്റ്റീവ് പ്രഭാവം, കൂടുതൽ സ്ഥിരത
തുടക്കത്തിൽ, LNOI മോഡുലേറ്ററുകൾ പലപ്പോഴും ബയസ് പോയിന്റ് ഡ്രിഫ്റ്റ് കാണിച്ചിരുന്നു, പ്രധാനമായും വേവ്ഗൈഡ് ഇന്റർഫേസിലെ തകരാറുകൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന ചാർജ് ശേഖരണം മൂലമായിരുന്നു ഇത്. ചികിത്സിച്ചില്ലെങ്കിൽ, ഈ ഉപകരണങ്ങൾ സ്ഥിരത കൈവരിക്കാൻ ഒരു ദിവസം വരെ എടുത്തേക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിനായി മെറ്റൽ ഓക്സൈഡ് ക്ലാഡിംഗ്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് പോളറൈസേഷൻ, അനീലിംഗ് എന്നിവ പോലുള്ള വിവിധ രീതികൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു, ഇത് ഇപ്പോൾ ഈ പ്രശ്‌നത്തെ വലിയതോതിൽ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ സഹായിക്കുന്നു.
ഇതിനു വിപരീതമായി, LTOI-യിൽ മെറ്റീരിയൽ വൈകല്യങ്ങൾ കുറവാണ്, ഇത് ഡ്രിഫ്റ്റ് പ്രതിഭാസങ്ങളെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നു. അധിക പ്രോസസ്സിംഗ് ഇല്ലാതെ പോലും, അതിന്റെ പ്രവർത്തന പോയിന്റ് താരതമ്യേന സ്ഥിരതയുള്ളതായി തുടരുന്നു. EPFL, ഹാർവാർഡ്, ഷെജിയാങ് സർവകലാശാല എന്നിവ സമാനമായ ഫലങ്ങൾ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, താരതമ്യം പലപ്പോഴും ചികിത്സിക്കാത്ത LNOI മോഡുലേറ്ററുകളെ ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് പൂർണ്ണമായും ന്യായമായിരിക്കില്ല; പ്രോസസ്സിംഗിൽ, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും പ്രകടനം സമാനമായിരിക്കാൻ സാധ്യതയുണ്ട്. പ്രധാന വ്യത്യാസം LTOI-യിൽ കുറച്ച് അധിക പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങൾ മാത്രമേ ആവശ്യമുള്ളൂ എന്നതാണ്.
② (ഓഡിയോ)താഴ്ന്ന ബൈർഫ്രിംഗൻസ്: 0.004 vs 0.07
ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ (LNOI) ഉയർന്ന ബൈർഫ്രിംഗൻസ് ചില സമയങ്ങളിൽ വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതായിരിക്കും, പ്രത്യേകിച്ച് വേവ്ഗൈഡ് ബെൻഡുകൾ മോഡ് കപ്ലിംഗിനും മോഡ് ഹൈബ്രിഡൈസേഷനും കാരണമാകുമെന്നതിനാൽ. നേർത്ത LNOI-യിൽ, വേവ്ഗൈഡിലെ ഒരു ബെൻഡിന് TE പ്രകാശത്തെ ഭാഗികമായി TM പ്രകാശമാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയും, ഇത് ഫിൽട്ടറുകൾ പോലുള്ള ചില നിഷ്ക്രിയ ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തെ സങ്കീർണ്ണമാക്കുന്നു.
LTOI-യിൽ, താഴ്ന്ന ബൈർഫ്രിംഗൻസ് ഈ പ്രശ്നം ഇല്ലാതാക്കുന്നു, ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള പാസീവ് ഉപകരണങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുന്നത് എളുപ്പമാക്കുന്നു. വിശാലമായ സ്പെക്ട്രൽ ശ്രേണിയിലുടനീളം ഫ്ലാറ്റ് ഡിസ്പർഷൻ നിയന്ത്രണത്തോടെ അൾട്രാ-വൈഡ്-സ്പെക്ട്രം ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പ് ജനറേഷൻ നേടുന്നതിന് LTOI-യുടെ കുറഞ്ഞ ബൈർഫ്രിംഗൻസും മോഡ്-ക്രോസിംഗിന്റെ അഭാവവും പ്രയോജനപ്പെടുത്തി EPFL ശ്രദ്ധേയമായ ഫലങ്ങൾ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. ഇത് 2000-ലധികം കോമ്പ് ലൈനുകളുള്ള ശ്രദ്ധേയമായ 450 nm കോമ്പ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തിന് കാരണമായി, ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് നേടാൻ കഴിയുന്നതിനേക്കാൾ പലമടങ്ങ് വലുതാണ്. കെർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് കോമ്പുകൾ ത്രെഷോൾഡ്-ഫ്രീയും കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ളതുമായിരിക്കുന്നതിന്റെ ഗുണം നൽകുന്നു, എന്നിരുന്നാലും അവയ്ക്ക് ഉയർന്ന പവർ മൈക്രോവേവ് ഇൻപുട്ട് ആവശ്യമാണ്.
③ ③ മിനിമംഉയർന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ ഡാമേജ് ത്രെഷോൾഡ്
LNOI യുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ നാശനഷ്ട പരിധി LTOI യുടെ ഇരട്ടിയാണ്, ഇത് നോൺലീനിയർ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും (ഭാവിയിൽ കോഹെറന്റ് പെർഫെക്റ്റ് അബ്സോർപ്ഷൻ (CPO) ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും) ഒരു നേട്ടം നൽകുന്നു. നിലവിലെ ഒപ്റ്റിക്കൽ മൊഡ്യൂൾ പവർ ലെവലുകൾ ലിഥിയം നിയോബേറ്റിനെ നശിപ്പിക്കാൻ സാധ്യതയില്ല.
④ (ഓഡിയോ)ലോ രാമൻ ഇഫക്റ്റ്
ഇത് നോൺലീനിയർ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും ബാധകമാണ്. ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന് ശക്തമായ ഒരു രാമൻ ഇഫക്റ്റ് ഉണ്ട്, ഇത് കെർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ അനാവശ്യമായ രാമൻ പ്രകാശ ഉൽ‌പാദനത്തിലേക്ക് നയിക്കുകയും മത്സരം നേടുകയും ചെയ്യും, ഇത് എക്സ്-കട്ട് ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പുകൾ സോളിറ്റൺ അവസ്ഥയിൽ എത്തുന്നത് തടയുന്നു. LTOI ഉപയോഗിച്ച്, ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയന്റേഷൻ രൂപകൽപ്പനയിലൂടെ രാമൻ ഇഫക്റ്റ് അടിച്ചമർത്താൻ കഴിയും, ഇത് എക്സ്-കട്ട് LTOI ന് സോളിറ്റൺ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പ് ജനറേഷൻ നേടാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഇത് ഹൈ-സ്പീഡ് മോഡുലേറ്ററുകളുള്ള സോളിറ്റൺ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പുകളുടെ മോണോലിത്തിക് സംയോജനം പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, LNOI ഉപയോഗിച്ച് നേടാനാകാത്ത ഒരു നേട്ടം.
◆ തിൻ-ഫിലിം ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് (LTOI) നേരത്തെ പരാമർശിക്കാത്തത് എന്തുകൊണ്ട്?
ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റിന് ലിഥിയം നിയോബേറ്റിനേക്കാൾ കുറഞ്ഞ ക്യൂറി താപനിലയാണുള്ളത് (610°C vs. 1157°C). ഹെറ്ററോഇന്റഗ്രേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ (XOI) വികസിപ്പിക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മോഡുലേറ്ററുകൾ ടൈറ്റാനിയം ഡിഫ്യൂഷൻ ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർമ്മിച്ചിരുന്നത്, ഇതിന് 1000°C-ൽ കൂടുതൽ താപനിലയിൽ അനീലിംഗ് ആവശ്യമാണ്, ഇത് LTOI-യെ അനുയോജ്യമല്ലാതാക്കി. എന്നിരുന്നാലും, മോഡുലേറ്റർ രൂപീകരണത്തിനായി ഇൻസുലേറ്റർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളും വേവ്ഗൈഡ് എച്ചിംഗും ഉപയോഗിക്കുന്നതിലേക്കുള്ള ഇന്നത്തെ മാറ്റത്തോടെ, 610°C ക്യൂറി താപനില ആവശ്യത്തിലധികം വരും.
◆ തിൻ-ഫിലിം ലിഥിയം ടാന്റലേറ്റ് (LTOI) തിൻ-ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന് (TFLN) പകരമാകുമോ?
നിലവിലുള്ള ഗവേഷണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, LTOI നിഷ്ക്രിയ പ്രകടനം, സ്ഥിരത, വലിയ തോതിലുള്ള ഉൽപ്പാദന ചെലവ് എന്നിവയിൽ വ്യക്തമായ പോരായ്മകളൊന്നുമില്ലാതെ നേട്ടങ്ങൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, മോഡുലേഷൻ പ്രകടനത്തിൽ LTOI ലിഥിയം നിയോബേറ്റിനെ മറികടക്കുന്നില്ല, കൂടാതെ LNOI-യുമായുള്ള സ്ഥിരത പ്രശ്‌നങ്ങൾക്ക് അറിയപ്പെടുന്ന പരിഹാരങ്ങളുണ്ട്. ആശയവിനിമയ DR മൊഡ്യൂളുകൾക്ക്, നിഷ്ക്രിയ ഘടകങ്ങൾക്ക് കുറഞ്ഞ ഡിമാൻഡ് മാത്രമേയുള്ളൂ (ആവശ്യമെങ്കിൽ സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് ഉപയോഗിക്കാം). കൂടാതെ, വേഫർ-ലെവൽ എച്ചിംഗ് പ്രക്രിയകൾ, ഹെറ്ററോഇന്റഗ്രേഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ, വിശ്വാസ്യത പരിശോധന എന്നിവ പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്നതിന് പുതിയ നിക്ഷേപങ്ങൾ ആവശ്യമാണ് (ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് എച്ചിംഗിലെ ബുദ്ധിമുട്ട് വേവ്ഗൈഡ് അല്ല, മറിച്ച് ഉയർന്ന വിളവ് ലഭിക്കുന്ന വേഫർ-ലെവൽ എച്ചിംഗ് നേടുക എന്നതായിരുന്നു). അതിനാൽ, ലിഥിയം നിയോബേറ്റിന്റെ സ്ഥാപിത സ്ഥാനവുമായി മത്സരിക്കുന്നതിന്, LTOI കൂടുതൽ ഗുണങ്ങൾ കണ്ടെത്തേണ്ടതുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, അക്കാദമികമായി, ഒക്ടേവ്-സ്പാനിംഗ് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് കോമ്പുകൾ, PPLT, സോളിറ്റൺ, AWG തരംഗദൈർഘ്യ ഡിവിഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ, അറേ മോഡുലേറ്ററുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള സംയോജിത ഓൺ-ചിപ്പ് സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക് LTOI ഗണ്യമായ ഗവേഷണ സാധ്യതകൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.
പോസ്റ്റ് സമയം: നവംബർ-08-2024