Mae deunydd lithiwm tantalate ffilm denau (LTOI) yn dod i'r amlwg fel grym newydd arwyddocaol ym maes opteg integredig. Eleni, mae sawl gwaith lefel uchel ar fodiwlyddion LTOI wedi'u cyhoeddi, gyda wafferi LTOI o ansawdd uchel wedi'u darparu gan yr Athro Xin Ou o Sefydliad Microsystemau a Thechnoleg Gwybodaeth Shanghai, a phrosesau ysgythru ton-dywysydd o ansawdd uchel a ddatblygwyd gan grŵp yr Athro Kippenberg yn EPFL, y Swistir. Mae eu hymdrechion cydweithredol wedi dangos canlyniadau trawiadol. Yn ogystal, mae timau ymchwil o Brifysgol Zhejiang dan arweiniad yr Athro Liu Liu a Phrifysgol Harvard dan arweiniad yr Athro Loncar hefyd wedi adrodd ar fodiwlyddion LTOI cyflym a sefydlogrwydd uchel.
Fel perthynas agos i lithiwm niobad ffilm denau (LNOI), mae LTOI yn cadw nodweddion modiwleiddio cyflymder uchel a cholled isel lithiwm niobad tra hefyd yn cynnig manteision megis cost isel, dwy-blygiant isel, ac effeithiau ffoto-blygiannol llai. Cyflwynir cymhariaeth o brif nodweddion y ddau ddeunydd isod.
◆ Tebygrwydd rhwng Lithiwm Tantalat (LTOI) a Lithiwm Niobat (LNOI)
①Mynegai Plygiannol:2.12 yn erbyn 2.21
Mae hyn yn awgrymu bod dimensiynau'r ton-dywysydd modd sengl, y radiws plygu, a meintiau dyfeisiau goddefol cyffredin yn seiliedig ar y ddau ddeunydd yn debyg iawn, ac mae eu perfformiad cyplu ffibr hefyd yn gymharol. Gyda ysgythriad ton-dywysydd da, gall y ddau ddeunydd gyflawni colled mewnosod o<0.1 dB/cm. Mae EPFL yn adrodd colled tonfedd o 5.6 dB/m.
②Cyfernod Electro-optig:30.5 pm/V yn erbyn 30.9 pm/V
Mae effeithlonrwydd modiwleiddio yn gymharol ar gyfer y ddau ddeunydd, gyda modiwleiddio yn seiliedig ar effaith Pockels, gan ganiatáu lled band uchel. Ar hyn o bryd, mae modiwleidyddion LTOI yn gallu cyflawni perfformiad o 400G y lôn, gyda lled band sy'n fwy na 110 GHz.
③Bwlch band:3.93 eV yn erbyn 3.78 eV
Mae gan y ddau ddeunydd ffenestr dryloyw eang, sy'n cefnogi cymwysiadau o donfeddi gweladwy i donfeddi is-goch, heb unrhyw amsugno yn y bandiau cyfathrebu.
④Cyfernod Anlinellol Ail-Drefn (d33):21 pm/V yn erbyn 27 pm/V
Os cânt eu defnyddio ar gyfer cymwysiadau anlinellol fel cynhyrchu ail harmonig (SHG), cynhyrchu amledd gwahaniaeth (DFG), neu gynhyrchu amledd swm (SFG), dylai effeithlonrwydd trosi'r ddau ddeunydd fod yn eithaf tebyg.
◆ Mantais Cost LTOI vs LNOI
①Cost Paratoi Wafer Is
Mae angen mewnblannu ïonau He ar gyfer gwahanu haenau ar gyfer LNOI, sydd ag effeithlonrwydd ïoneiddio isel. Mewn cyferbyniad, mae LTOI yn defnyddio mewnblannu ïonau H ar gyfer gwahanu, yn debyg i SOI, gydag effeithlonrwydd dadlamineiddio dros 10 gwaith yn uwch na LNOI. Mae hyn yn arwain at wahaniaeth pris sylweddol ar gyfer wafferi 6 modfedd: $300 vs. $2000, gostyngiad cost o 85%.
②Fe'i defnyddir yn helaeth eisoes yn y farchnad electroneg defnyddwyr ar gyfer hidlwyr acwstig.(750,000 o unedau’n flynyddol, a ddefnyddir gan Samsung, Apple, Sony, ac ati).
◆ Manteision Perfformiad LTOI vs LNOI
①Llai o Ddiffygion Deunyddiol, Effaith Ffoto-blygiannol Wannach, Mwy o Sefydlogrwydd
I ddechrau, roedd modiwleidyddion LNOI yn aml yn arddangos drifft pwynt rhagfarn, yn bennaf oherwydd cronni gwefr a achosir gan ddiffygion ar y rhyngwyneb tonfeddi. Os na chânt eu trin, gallai'r dyfeisiau hyn gymryd hyd at ddiwrnod i sefydlogi. Fodd bynnag, datblygwyd amrywiol ddulliau i fynd i'r afael â'r mater hwn, megis defnyddio cladin ocsid metel, polareiddio swbstrad, ac anelio, gan wneud y broblem hon yn hawdd ei rheoli i raddau helaeth bellach.
Mewn cyferbyniad, mae gan LTOI lai o ddiffygion deunydd, sy'n arwain at ffenomenau drifft llawer llai. Hyd yn oed heb brosesu ychwanegol, mae ei bwynt gweithredu yn parhau'n gymharol sefydlog. Mae canlyniadau tebyg wedi'u hadrodd gan EPFL, Harvard, a Phrifysgol Zhejiang. Fodd bynnag, mae'r gymhariaeth yn aml yn defnyddio modiwleidyddion LNOI heb eu trin, nad ydynt efallai'n hollol deg; gyda phrosesu, mae perfformiad y ddau ddeunydd yn debygol o fod yn debyg. Y prif wahaniaeth yw bod LTOI angen llai o gamau prosesu ychwanegol.
②Dwbl-blygiant Isaf: 0.004 vs 0.07
Gall dwy-blygiant uchel lithiwm niobate (LNOI) fod yn heriol ar adegau, yn enwedig gan y gall plygiadau ton-dywysydd achosi cyplu modd a hybridio modd. Mewn LNOI tenau, gall plyg yn y ton-dywysydd drosi golau TE yn rhannol yn olau TM, gan gymhlethu'r broses o gynhyrchu rhai dyfeisiau goddefol, fel hidlwyr.
Gyda LTOI, mae'r dwr-blygiant is yn dileu'r broblem hon, gan ei gwneud hi'n haws o bosibl i ddatblygu dyfeisiau goddefol perfformiad uchel. Mae EPFL hefyd wedi adrodd am ganlyniadau nodedig, gan fanteisio ar dwr-blygiant isel LTOI a'r absenoldeb croesi modd i gyflawni cynhyrchu crib amledd electro-optig sbectrwm eang iawn gyda rheolaeth gwasgariad gwastad ar draws ystod sbectrol eang. Arweiniodd hyn at led band crib trawiadol o 450 nm gyda dros 2000 o linellau crib, sawl gwaith yn fwy na'r hyn y gellir ei gyflawni gyda lithiwm niobate. O'i gymharu â chribau amledd optegol Kerr, mae cribau electro-optig yn cynnig y fantais o fod yn rhydd o drothwyon ac yn fwy sefydlog, er eu bod angen mewnbwn microdon pŵer uchel.
③Trothwy Difrod Optegol Uwch
Mae trothwy difrod optegol LTOI ddwywaith trothwy LNOI, gan gynnig mantais mewn cymwysiadau anlinellol (a chymwysiadau Amsugno Perffaith Cydlynol (CPO) o bosibl yn y dyfodol). Mae'n annhebygol y bydd lefelau pŵer modiwlau optegol cyfredol yn niweidio niobad lithiwm.
④Effaith Raman Isel
Mae hyn hefyd yn berthnasol i gymwysiadau anlinellol. Mae gan lithiwm niobât effaith Raman gref, a all, mewn cymwysiadau crib amledd optegol Kerr, arwain at gynhyrchu golau Raman diangen ac ennill cystadleuaeth, gan atal cribau amledd optegol lithiwm niobât wedi'u torri-x rhag cyrraedd y cyflwr soliton. Gyda LTOI, gellir atal yr effaith Raman trwy ddylunio cyfeiriadedd crisial, gan ganiatáu i LTOI wedi'i dorri-x gyflawni cynhyrchu crib amledd optegol soliton. Mae hyn yn galluogi integreiddio monolithig cribau amledd optegol soliton â modiwleidyddion cyflymder uchel, camp na ellir ei chyflawni gydag LNOI.
◆ Pam na chafodd Tantalat Lithiwm Ffilm Denau (LTOI) ei grybwyll yn gynharach?
Mae gan lithiwm tantalate dymheredd Curie is na lithiwm niobate (610°C vs. 1157°C). Cyn datblygu technoleg heterointegreiddio (XOI), roedd modiwleidyddion lithiwm niobate yn cael eu cynhyrchu gan ddefnyddio trylediad titaniwm, sy'n gofyn am anelio dros 1000°C, gan wneud LTOI yn anaddas. Fodd bynnag, gyda'r symudiad heddiw tuag at ddefnyddio swbstradau inswleiddio ac ysgythru ton-dywysydd ar gyfer ffurfio modiwleidyddion, mae tymheredd Curie o 610°C yn fwy na digonol.
◆ A fydd Tantalat Lithiwm Ffilm Denau (LTOI) yn Disodli Niobat Lithiwm Ffilm Denau (TFLN)?
Yn seiliedig ar ymchwil gyfredol, mae LTOI yn cynnig manteision o ran perfformiad goddefol, sefydlogrwydd, a chost cynhyrchu ar raddfa fawr, heb unrhyw anfanteision amlwg. Fodd bynnag, nid yw LTOI yn rhagori ar lithiwm niobad o ran perfformiad modiwleiddio, ac mae gan broblemau sefydlogrwydd gydag LNOI atebion hysbys. Ar gyfer modiwlau DR cyfathrebu, mae galw lleiafswm am gydrannau goddefol (a gellid defnyddio silicon nitrid os oes angen). Yn ogystal, mae angen buddsoddiadau newydd i ailsefydlu prosesau ysgythru lefel wafer, technegau heterointegreiddio, a phrofi dibynadwyedd (nid y tonfedd oedd yr anhawster gydag ysgythru lithiwm niobad ond cyflawni ysgythru lefel wafer cynnyrch uchel). Felly, er mwyn cystadlu â safle sefydledig lithiwm niobad, efallai y bydd angen i LTOI ddatgelu manteision pellach. Yn academaidd, fodd bynnag, mae LTOI yn cynnig potensial ymchwil sylweddol ar gyfer systemau integredig ar sglodion, megis cribau electro-optig sy'n rhychwantu wythfed, PPLT, dyfeisiau rhannu tonfedd soliton ac AWG, a modiwleiddiwyr arae.
Amser postio: Tach-08-2024