पातलो-फिल्म लिथियम ट्यान्टलेट (LTOI): उच्च गति मोड्युलेटरहरूको लागि अर्को तारा सामग्री?

पातलो-फिल्म लिथियम ट्यान्टालेट (LTOI) सामग्री एकीकृत प्रकाशिकी क्षेत्रमा महत्त्वपूर्ण नयाँ शक्तिको रूपमा उभरिरहेको छ। यस वर्ष, LTOI मोड्युलेटरहरूमा धेरै उच्च-स्तरीय कामहरू प्रकाशित भएका छन्, उच्च-गुणस्तर LTOI वेफर्सहरू छन् जुन प्रोफेसर Xin Ou द्वारा Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, र उच्च-गुणस्तरको वेभगाइड नक्काशी प्रक्रियाहरू EPFL मा प्रोफेसर किपेनबर्गको समूह द्वारा विकसित गरिएको छ। , स्विट्जरल्याण्ड। तिनीहरूको सहयोगी प्रयासले प्रभावशाली नतिजाहरू देखाएको छ। थप रूपमा, प्रोफेसर लिउ लिउको नेतृत्वमा झेजियांग विश्वविद्यालय र प्रोफेसर लोन्कारको नेतृत्वमा हार्वर्ड विश्वविद्यालयका अनुसन्धान टोलीहरूले उच्च-गति, उच्च-स्थिरता LTOI मोड्युलेटरहरूमा पनि रिपोर्ट गरेका छन्।

पातलो-फिल्म लिथियम niobate (LNOI) को नजिकको नातेदारको रूपमा, LTOI ले उच्च-गति मोड्युलेसन र लिथियम niobate को कम-हानि विशेषताहरू राख्छ जबकि कम लागत, कम birefringence, र कम photorefractive प्रभावहरू जस्ता फाइदाहरू प्रदान गर्दछ। दुई सामग्रीको मुख्य विशेषताहरूको तुलना तल प्रस्तुत गरिएको छ।

微信图片_20241106164015

◆ Lithium Tantalate (LTOI) र Lithium Niobate (LNOI) बीचको समानता
अपवर्तक सूचकांक:२.१२ बनाम २.२१
यसले संकेत गर्दछ कि एकल-मोड वेभगाइड आयामहरू, झुकाउने त्रिज्या, र दुबै सामग्रीहरूमा आधारित सामान्य निष्क्रिय उपकरण आकारहरू धेरै समान छन्, र तिनीहरूको फाइबर युग्मन प्रदर्शन पनि तुलनात्मक छ। राम्रो वेभगाइड नक्काशी संग, दुवै सामग्री को एक सम्मिलन हानि हासिल गर्न सक्छन्<0.1 dB/cm। EPFL ले 5.6 dB/m को वेभगाइड हानि रिपोर्ट गर्छ।

इलेक्ट्रो-ओप्टिक गुणांक:30.5 pm/V बनाम 30.9 pm/V
मोड्युलेसन दक्षता दुबै सामग्रीको लागि तुलनात्मक छ, पोकेल्स प्रभावमा आधारित मोडुलेशनको साथ, उच्च ब्यान्डविथको लागि अनुमति दिँदै। हाल, LTOI मोड्युलेटरहरू 110 GHz नाघेको ब्यान्डविथको साथ, प्रति लेन प्रदर्शन 400G प्राप्त गर्न सक्षम छन्।

微信图片_20241106164942
微信图片_20241106165200

ब्यान्डग्याप:3.93 eV बनाम 3.78 eV
दुबै सामग्रीहरूमा फराकिलो पारदर्शी विन्डो छ, संचार ब्यान्डहरूमा कुनै अवशोषण बिना, देखिने देखि इन्फ्रारेड तरंगदैर्ध्यमा अनुप्रयोगहरूलाई समर्थन गर्दछ।

दोस्रो-क्रम ननलाइनर गुणांक (d33):21 pm/V बनाम 27 pm/V
यदि दोस्रो हार्मोनिक जेनरेशन (SHG), भिन्नता-फ्रिक्वेन्सी जेनरेशन (DFG), वा योग-फ्रिक्वेन्सी जेनरेशन (SFG) जस्ता ननलाइनर अनुप्रयोगहरूको लागि प्रयोग गरिएमा, दुई सामग्रीको रूपान्तरण दक्षता एकदम समान हुनुपर्छ।

◆ LTOI बनाम LNOI को लागत लाभ
कम वेफर तयारी लागत
LNOI ले तह विभाजनको लागि He ion इम्प्लान्टेशन चाहिन्छ, जसमा कम आयनीकरण दक्षता छ। यसको विपरित, LTOI ले SOI जस्तै पृथकीकरणको लागि H आयन इम्प्लान्टेशन प्रयोग गर्दछ, LNOI भन्दा १० गुणा बढी डेलामिनेशन दक्षताको साथ। यसले 6-इन्च वेफर्सको लागि महत्त्वपूर्ण मूल्य भिन्नतामा परिणाम दिन्छ: $300 बनाम $2000, 85% लागत कटौती।

微信图片_20241106165545

यो पहिले नै व्यापक रूपमा उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्स बजारमा ध्वनिक फिल्टरहरूको लागि प्रयोग गरिएको छ(सामसुङ, एप्पल, सोनी, आदि द्वारा प्रयोग गरिने वार्षिक ७५०,००० एकाइ)।

微信图片_20241106165539

◆ LTOI बनाम LNOI को प्रदर्शन लाभ
कम सामाग्री दोष, कमजोर Photorefractive प्रभाव, अधिक स्थिरता
प्रारम्भमा, LNOI मोड्युलेटरहरूले प्राय: पूर्वाग्रह पोइन्ट बहाव प्रदर्शन गर्थे, मुख्य रूपमा वेभगाइड इन्टरफेसमा दोषहरूको कारणले गर्दा चार्ज संचयको कारण। यदि उपचार गरिएन भने, यी उपकरणहरू स्थिर हुन एक दिन लाग्न सक्छ। यद्यपि, यस समस्यालाई सम्बोधन गर्न विभिन्न विधिहरू विकसित गरिएको थियो, जस्तै मेटल अक्साइड क्लेडिङ, सब्सट्रेट ध्रुवीकरण, र एनिलिङ प्रयोग गरेर, यस समस्यालाई अहिले धेरै हदसम्म व्यवस्थित गर्न सकिन्छ।
यसको विपरित, LTOI मा कम सामाग्री दोषहरू छन्, जसले महत्त्वपूर्ण रूपमा कम बहाव घटनाहरू निम्त्याउँछ। अतिरिक्त प्रशोधन बिना पनि, यसको सञ्चालन बिन्दु अपेक्षाकृत स्थिर रहन्छ। यस्तै परिणामहरू EPFL, हार्वर्ड, र Zhejiang विश्वविद्यालय द्वारा रिपोर्ट गरिएको छ। यद्यपि, तुलनाले प्राय: उपचार नगरिएको LNOI मोड्युलेटरहरू प्रयोग गर्दछ, जुन पूर्ण रूपमा उचित नहुन सक्छ; प्रशोधन संग, दुबै सामाग्री को प्रदर्शन सम्भवतः समान छ। मुख्य भिन्नता LTOI मा निहित छ जसलाई कम अतिरिक्त प्रशोधन चरणहरू आवश्यक पर्दछ।

微信图片_20241106165708

तल्लो बियरफ्रेन्जेन्स: ०.००४ बनाम ०.०७
लिथियम niobate (LNOI) को उच्च birefringence कहिलेकाहीं चुनौतीपूर्ण हुन सक्छ, विशेष गरी वेभगाइड झुकावले मोड युग्मन र मोड हाइब्रिडाइजेशन निम्त्याउन सक्छ। पातलो LNOI मा, वेभगाइडमा रहेको बेन्डले आंशिक रूपमा TE प्रकाशलाई TM प्रकाशमा रूपान्तरण गर्न सक्छ, फिल्टरहरू जस्ता केही निष्क्रिय उपकरणहरूको निर्माणलाई जटिल बनाउँछ।
LTOI को साथ, तल्लो birefringence ले यस मुद्दालाई हटाउँछ, सम्भावित रूपमा यसलाई उच्च-प्रदर्शन निष्क्रिय उपकरणहरू विकास गर्न सजिलो बनाउँछ। EPFL ले उल्लेखनीय परिणामहरू पनि रिपोर्ट गरेको छ, LTOI को कम बियरफ्रेन्जेन्स र मोड-क्रसिङको अनुपस्थितिलाई अल्ट्रा-वाइड-स्पेक्ट्रम इलेक्ट्रो-ओप्टिक फ्रिक्वेन्सी कम्बो जेनरेशन प्राप्त गर्नको लागि विस्तृत स्पेक्ट्रल दायरामा फ्लैट फैलावट नियन्त्रणको साथ। यसले 2000 भन्दा बढी कम्ब लाइनहरूसँग प्रभावशाली 450 nm कम्बो ब्यान्डविथमा परिणत गर्‍यो, लिथियम निओबेटबाट प्राप्त गर्न सकिने भन्दा धेरै गुणा ठूलो। केर अप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कम्ब्सको तुलनामा, इलेक्ट्रो-ओप्टिक कम्ब्सले थ्रेसहोल्ड-मुक्त र अधिक स्थिर हुने फाइदा प्रदान गर्दछ, यद्यपि उनीहरूलाई उच्च-शक्ति माइक्रोवेभ इनपुट चाहिन्छ।

微信图片_20241106165804
微信图片_20241106165823

उच्च अप्टिकल क्षति थ्रेसहोल्ड
LTOI को अप्टिकल क्षति थ्रेसहोल्ड LNOI भन्दा दोब्बर छ, गैररेखीय अनुप्रयोगहरूमा फाइदा प्रदान गर्दै (र सम्भावित भविष्यको कोहेरेन्ट परफेक्ट अवशोषण (CPO) अनुप्रयोगहरू)। हालको अप्टिकल मोड्युल पावर लेभलले लिथियम निओबेटलाई क्षति पुर्‍याउने सम्भावना छैन।
कम रमन प्रभाव
यो पनि ननलाइनर अनुप्रयोगहरूसँग सम्बन्धित छ। लिथियम निओबेटको बलियो रमन प्रभाव छ, जसले केरमा अप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कम्ब्स अनुप्रयोगहरूले अनावश्यक रमन प्रकाश उत्पादन गर्न र प्रतिस्पर्धा हासिल गर्न सक्छ, एक्स-कट लिथियम निओबेट अप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कम्ब्सलाई सोलिटन राज्यमा पुग्नबाट रोक्छ। LTOI को साथ, रमन प्रभावलाई क्रिस्टल अभिमुखीकरण डिजाइन मार्फत दबाउन सकिन्छ, x-cut LTOI लाई soliton अप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कम्बो जेनरेशन प्राप्त गर्न अनुमति दिन्छ। यसले उच्च-गति मोड्युलेटरहरूसँग सोलिटन अप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कम्ब्सको मोनोलिथिक एकीकरणलाई सक्षम बनाउँछ, LNOI सँग प्राप्त गर्न नसकिने उपलब्धि।
◆ किन पहिले थिइन-फिल्म लिथियम टेन्टालेट (LTOI) उल्लेख गरिएको थिएन?
लिथियम टेन्टालेटको लिथियम निओबेट (६१० डिग्री सेल्सियस बनाम ११५७ डिग्री सेल्सियस) भन्दा कम क्युरी तापक्रम हुन्छ। हेटेरोइन्टिग्रेशन टेक्नोलोजी (XOI) को विकास हुनु अघि, लिथियम निओबेट मोड्युलेटरहरू टाइटेनियम डिफ्यूजन प्रयोग गरेर निर्माण गरिएको थियो, जसलाई 1000 डिग्री सेल्सियस भन्दा बढीमा एनिलिङ चाहिन्छ, LTOI अनुपयुक्त बनाउँदै। यद्यपि, मोड्युलेटर गठनको लागि इन्सुलेटर सब्सट्रेटहरू र वेभगाइड नक्काशीको प्रयोग तर्फ आजको परिवर्तनको साथ, 610 डिग्री सेल्सियस क्युरी तापक्रम पर्याप्त भन्दा बढी छ।
◆ के थिन-फिल्म लिथियम टेन्टालेट (LTOI) ले थिन-फिल्म लिथियम निओबेट (TFLN) लाई प्रतिस्थापन गर्नेछ?
हालको अनुसन्धानको आधारमा, LTOI ले निष्क्रिय प्रदर्शन, स्थिरता, र ठूलो मात्रामा उत्पादन लागतमा फाइदाहरू प्रदान गर्दछ, कुनै स्पष्ट कमजोरीहरू बिना। जे होस्, LTOI ले मोड्युलेसन प्रदर्शनमा लिथियम niobate लाई पार गर्दैन, र LNOI सँग स्थिरता समस्याहरू समाधानहरू छन्। संचार DR मोड्युलहरूको लागि, त्यहाँ निष्क्रिय घटकहरूको लागि न्यूनतम माग छ (र आवश्यक भएमा सिलिकन नाइट्राइड प्रयोग गर्न सकिन्छ)। थप रूपमा, वेफर-स्तर नक्काशी प्रक्रियाहरू, हेटेरोइन्टिग्रेशन प्रविधिहरू, र विश्वसनीयता परीक्षणहरू पुन: स्थापना गर्न नयाँ लगानीहरू आवश्यक छ (लिथियम निओबेट एचिंगको साथ कठिनाई वेभगाइड होइन तर उच्च-उपज वेफर-स्तर नक्काशी हासिल गर्न थियो)। तसर्थ, लिथियम niobate को स्थापित स्थिति संग प्रतिस्पर्धा गर्न को लागी, LTOI ले थप फाइदाहरु उजागर गर्न आवश्यक हुन सक्छ। शैक्षिक रूपमा, तथापि, LTOI ले एकीकृत अन-चिप प्रणालीहरूको लागि महत्त्वपूर्ण अनुसन्धान क्षमता प्रदान गर्दछ, जस्तै अक्टेभ-स्प्यानिङ इलेक्ट्रो-ओप्टिक कम्ब्स, PPLT, सोलिटन र AWG तरंगदैर्ध्य डिभिजन उपकरणहरू, र एरे मोड्युलेटरहरू।


पोस्ट समय: नोभेम्बर-08-2024