Tantalate lithiwm ffilm denau (LTOI): Y Deunydd Seren Nesaf ar gyfer Modulators Cyflymder Uchel?

Mae deunydd tantalate lithiwm ffilm denau (LTOI) yn dod i'r amlwg fel grym newydd sylweddol yn y maes opteg integredig. Eleni, cyhoeddwyd nifer o weithiau lefel uchel ar fodylyddion LTOI, gyda wafferi LTOI o ansawdd uchel yn cael eu darparu gan yr Athro Xin Ou o Sefydliad Microsystemau a Thechnoleg Gwybodaeth Shanghai, a phrosesau ysgythru tonnau tonnau 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 fodylyddion LTOI cyflym a sefydlog.

Fel perthynas agos â lithiwm niobate ffilm denau (LNOI), mae LTOI yn cadw nodweddion modiwleiddio cyflym a cholled isel lithiwm niobate tra hefyd yn cynnig manteision megis cost isel, birefringence isel, a llai o effeithiau ffoto-refractive. Cyflwynir cymhariaeth o brif nodweddion y ddau ddeunydd isod.

微信图片_20241106164015

◆ Tebygrwydd rhwng Lithium Tantalate (LTOI) a Lithium Niobate (LNOI)
Mynegai Plygiant:2.12 yn erbyn 2.21
Mae hyn yn awgrymu bod dimensiynau tonnau un modd, radiws plygu, a meintiau dyfeisiau goddefol cyffredin yn seiliedig ar y ddau ddeunydd yn debyg iawn, ac mae eu perfformiad cyplu ffibr hefyd yn debyg. Gydag ysgythru waveguide da, gall y ddau ddeunydd gyflawni colled mewnosod o<0.1 dB/cm. Mae EPFL yn adrodd am golled waveguide o 5.6 dB/m.

Cyfernod electro-optig:30.5 pm/V yn erbyn 30.9 pm/V
Mae'r effeithlonrwydd modiwleiddio yn gymharol ar gyfer y ddau ddeunydd, gyda modiwleiddio yn seiliedig ar effaith Poceli, gan ganiatáu ar gyfer lled band uchel. Ar hyn o bryd, mae modulatwyr LTOI yn gallu cyflawni perfformiad 400G fesul lôn, gyda lled band yn fwy na 110 GHz.

微信图片_20241106164942
微信图片_20241106165200

Bandgap:3.93 eV yn erbyn 3.78 eV
Mae gan y ddau ddeunydd ffenestr dryloyw eang, sy'n cefnogi cymwysiadau o donfeddi gweladwy i isgoch, heb unrhyw amsugno yn y bandiau cyfathrebu.

Cyfernod Aflinol Ail Orchymyn (d33):21 pm/V yn erbyn 27 pm/V
Os caiff ei ddefnyddio ar gyfer cymwysiadau aflinol fel ail genhedlaeth 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
Cost Paratoi Wafferi Is
Mae LNOI yn ei gwneud yn ofynnol i fewnblannu ïon He ar gyfer gwahanu haenau, sydd ag effeithlonrwydd ionization isel. Mewn cyferbyniad, mae LTOI yn defnyddio mewnblaniad ïon H ar gyfer gwahanu, yn debyg i SOI, gydag effeithlonrwydd delamination dros 10 gwaith yn uwch na LNOI. Mae hyn yn arwain at wahaniaeth pris sylweddol ar gyfer wafferi 6 modfedd: $300 yn erbyn $2000, gostyngiad cost o 85%.

微信图片_20241106165545

Fe'i defnyddir yn helaeth eisoes yn y farchnad electroneg defnyddwyr ar gyfer hidlwyr acwstig(750,000 o unedau yn flynyddol, a ddefnyddir gan Samsung, Apple, Sony, ac ati).

微信图片_20241106165539

◆ Manteision Perfformiad LTOI vs LNOI
Llai o Ddiffygion Deunydd, Effaith Ffoto-refractive Wanna, Mwy o Sefydlogrwydd
I ddechrau, roedd modulators LNOI yn aml yn arddangos drifft pwynt tuedd, yn bennaf oherwydd cronni tâl a achosir gan ddiffygion yn y rhyngwyneb waveguide. Os na chânt eu trin, gallai gymryd hyd at ddiwrnod i sefydlogi'r dyfeisiau hyn. Fodd bynnag, datblygwyd gwahanol ddulliau i fynd i'r afael â'r mater hwn, megis defnyddio cladin metel ocsid, polareiddio swbstrad, ac anelio, gan wneud y broblem hon yn hawdd ei rheoli i raddau helaeth nawr.
Mewn cyferbyniad, mae gan LTOI lai o ddiffygion materol, gan arwain at lai o ffenomenau drifft. Hyd yn oed heb brosesu ychwanegol, mae ei bwynt gweithredu yn parhau i fod yn gymharol sefydlog. Mae canlyniadau tebyg wedi'u hadrodd gan EPFL, Harvard, a Phrifysgol Zhejiang. Fodd bynnag, mae'r gymhariaeth yn aml yn defnyddio modulators LNOI heb eu trin, nad ydynt efallai'n gwbl deg; gyda phrosesu, mae perfformiad y ddau ddeunydd yn debygol o fod yn debyg. Y prif wahaniaeth yw LTOI sy'n gofyn am lai o gamau prosesu ychwanegol.

微信图片_20241106165708

Birefringence Isaf: 0.004 vs 0.07
Gall y birfringence uchel o lithiwm niobate (LNOI) fod yn heriol ar adegau, yn enwedig gan y gall troadau waveguide achosi cyplu modd a hybridization modd. Mewn LNOI tenau, gall tro yn y waveguide drawsnewid golau TE yn rhannol yn olau TM, gan gymhlethu gwneuthuriad rhai dyfeisiau goddefol, fel hidlwyr.
Gyda LTOI, mae'r bifringence is yn dileu'r mater hwn, gan ei gwneud hi'n haws o bosibl i ddatblygu dyfeisiau goddefol perfformiad uchel. Mae EPFL hefyd wedi adrodd am ganlyniadau nodedig, gan ysgogi diffyg cylchredeg isel LTOI ac 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'u cymharu â chribau amledd optegol Kerr, mae crwybrau electro-optig yn cynnig y fantais o fod yn rhydd o drothwy ac yn fwy sefydlog, er bod angen mewnbwn microdon pŵer uchel arnynt.

微信图片_20241106165804
微信图片_20241106165823

Trothwy Difrod Optegol Uwch
Mae trothwy difrod optegol LTOI ddwywaith yn fwy na LNOI, gan gynnig mantais mewn cymwysiadau aflinol (a chymwysiadau Amsugno Perffaith Cydlynol (CPO) yn y dyfodol o bosibl). Mae lefelau pŵer modiwl optegol cyfredol yn annhebygol o niweidio lithiwm niobate.
Effaith Raman Isel
Mae hyn hefyd yn ymwneud â cheisiadau aflinol. Mae gan lithiwm niobate 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 niobate x-dorri rhag cyrraedd y cyflwr soliton. Gyda LTOI, gellir atal effaith Raman trwy ddylunio cyfeiriadedd grisial, gan ganiatáu i LTOI x-toriad gyflawni cynhyrchu crib amledd optegol soliton. Mae hyn yn galluogi integreiddiad monolithig cribau amledd optegol soliton gyda modulators cyflym, camp na ellir ei chyflawni gyda LNOI.
◆ Pam Na Soniwyd am Lithiwm Tantalate Ffilm Tenau (LTOI) yn Gynt?
Mae gan tantalate lithiwm dymheredd Curie is na lithiwm niobate (610°C vs. 1157°C). Cyn datblygu technoleg heterointegration (XOI), cynhyrchwyd modulatyddion lithiwm niobate gan ddefnyddio trylediad titaniwm, sy'n gofyn am anelio dros 1000 ° C, gan wneud LTOI yn anaddas. Fodd bynnag, gyda symudiad heddiw tuag at ddefnyddio swbstradau ynysydd ac ysgythru tonnau ar gyfer ffurfio modulator, mae tymheredd Curie 610 ° C yn fwy na digon.
◆ A fydd Tantalate Lithiwm Ffilm Tenau (LTOI) yn Disodli Lithiwm Niobate Ffilm Tenau (TFLN)?
Yn seiliedig ar ymchwil gyfredol, mae LTOI yn cynnig manteision mewn perfformiad goddefol, sefydlogrwydd, a chost cynhyrchu ar raddfa fawr, heb unrhyw anfanteision amlwg. Fodd bynnag, nid yw LTOI yn rhagori ar lithiwm niobate mewn perfformiad modiwleiddio, ac mae problemau sefydlogrwydd gyda LNOI wedi gwybod am atebion. Ar gyfer modiwlau DR cyfathrebu, ychydig iawn o alw sydd am gydrannau goddefol (a gellid defnyddio silicon nitrid os oes angen). Yn ogystal, mae angen buddsoddiadau newydd i ailsefydlu prosesau ysgythru lefel afrlladen, technegau heterointegreiddio, a phrofion dibynadwyedd (nid y donfedd oedd yr anhawster gydag ysgythru lithiwm niobate ond cyflawni ysgythriad lefel wafferi cynnyrch uchel). Felly, er mwyn cystadlu â sefyllfa sefydledig lithiwm niobate, efallai y bydd angen i LTOI ddatgelu manteision pellach. Yn academaidd, fodd bynnag, mae LTOI yn cynnig potensial ymchwil sylweddol ar gyfer systemau ar-sglodion integredig, megis cribau electro-optig rhychwantu wythfed, PPLT, dyfeisiau rhannu tonfedd soliton ac AWG, a modulators arae.


Amser postio: Nov-08-2024