Тонкаплёнкавы матэрыял танталат літыя (LTOI) становіцца значнай новай сілай у галіне інтэграванай оптыкі. У гэтым годзе было апублікавана некалькі прац высокага ўзроўню па мадулятарах LTOI, з высакаякаснымі пласцінамі LTOI, прадастаўленымі прафесарам Сінь Оу з Шанхайскага інстытута мікрасістэм і інфармацыйных тэхналогій, і высакаякаснымі працэсамі хваляводнага тручэння, распрацаванымі групай прафесара Кіпенберга ў EPFL , Швейцарыя. Іх сумесныя намаганні далі ўражлівыя вынікі. Акрамя таго, даследчыя групы з Чжэцзянскага ўніверсітэта пад кіраўніцтвам прафесара Лю Лю і Гарвардскага ўніверсітэта пад кіраўніцтвам прафесара Лонкара таксама паведамілі аб высакахуткасных і высокастабільных модулятарах LTOI.
Будучы блізкім сваяком тонкаплёнкавага ніябату літыя (LNOI), LTOI захоўвае характарыстыкі мадуляцыі з высокай хуткасцю і нізкімі стратамі ніябату літыя, а таксама прапануе такія перавагі, як нізкі кошт, нізкае падвойнае праламленне і паменшаныя эфекты фотарэфракцыі. Параўнанне асноўных характарыстык двух матэрыялаў прадстаўлена ніжэй.
◆ Падабенства паміж танталатам літыя (LTOI) і ніябатам літыя (LNOI)
①Паказчык праламлення:2.12 супраць 2.21
Гэта азначае, што памеры одномодового хвалявода, радыус выгібу і агульныя памеры пасіўных прылад, заснаваных на абодвух матэрыялах, вельмі падобныя, а прадукцыйнасць іх валаконнай сувязі таксама параўнальная. Пры добрым хвалеводным тручэнні абодва матэрыялы могуць дасягнуць унесеных страт<0,1 дБ/см. EPFL паведамляе пра страты ў хваляводы 5,6 дБ/м.
②Электрааптычны каэфіцыент:30,5 вечара/V супраць 30,9 вечара/V
Эфектыўнасць мадуляцыі параўнальная для абодвух матэрыялаў, з мадуляцыяй, заснаванай на эфекце Покельса, што забяспечвае высокую прапускную здольнасць. У цяперашні час мадулятары LTOI здольныя дасягаць прадукцыйнасці 400G на паласу з прапускной здольнасцю, якая перавышае 110 ГГц.
③Зазор:3,93 эВ супраць 3,78 эВ
Абодва матэрыялы маюць шырокае празрыстае акно, якое падтрымлівае прымяненне ад бачнага да інфрачырвонага дыяпазону, без паглынання ў дыяпазонах сувязі.
④Нелінейны каэфіцыент другога парадку (d33):21 вечара/V супраць 27 вечара/V
Пры выкарыстанні для нелінейных прыкладанняў, такіх як генерацыя другой гармонікі (SHG), генерацыя рознаснай частаты (DFG) або генерацыя сумарнай частаты (SFG), эфектыўнасць пераўтварэння гэтых двух матэрыялаў павінна быць даволі падобнай.
◆ Кошт перавагі LTOI супраць LNOI
①Меншы кошт падрыхтоўкі вафель
LNOI патрабуе імплантацыі іёнаў He для падзелу слаёў, які мае нізкую эфектыўнасць іянізацыі. Наадварот, LTOI выкарыстоўвае для падзелу імплантацыю іёнаў H, падобна SOI, з эфектыўнасцю расслаення больш чым у 10 разоў вышэй, чым LNOI. Гэта прыводзіць да значнай розніцы ў кошце 6-цалевых пласцін: 300 долараў супраць 2000 долараў, зніжэнне выдаткаў на 85%.
②Ён ужо шырока выкарыстоўваецца на рынку бытавой электронікі для акустычных фільтраў(750 000 адзінак штогод, выкарыстоўваюцца Samsung, Apple, Sony і г.д.).
◆ Перавагі прадукцыйнасці LTOI супраць LNOI
①Менш дэфектаў матэрыялу, слабейшы эфект фотарэфракцыі, большая стабільнасць
Першапачаткова мадулятары LNOI часта дэманстравалі дрэйф кропкі зрушэння, галоўным чынам з-за назапашвання зарада, выкліканага дэфектамі на інтэрфейсе хвалявода. Калі гэтыя прылады не лячыць, стабілізацыя можа заняць да сутак. Тым не менш, для вырашэння гэтай праблемы былі распрацаваны розныя метады, такія як выкарыстанне металааксіднай абалонкі, палярызацыі падкладкі і адпалу, што робіць гэтую праблему ў значнай ступені вырашальнай.
Наадварот, LTOI мае менш дэфектаў матэрыялу, што прыводзіць да значнага памяншэння з'яў дрэйфу. Нават без дадатковай апрацоўкі яго рабочая кропка застаецца адносна стабільнай. Пра падобныя вынікі паведамляюць EPFL, Гарвард і Універсітэт Чжэцзяна. Аднак у параўнанні часта выкарыстоўваюцца неапрацаваныя мадулятары LNOI, што можа быць не зусім справядлівым; пры апрацоўцы прадукцыйнасць абодвух матэрыялаў, верагодна, падобная. Асноўнае адрозненне заключаецца ў тым, што LTOI патрабуе меншай колькасці дадатковых этапаў апрацоўкі.
②Больш нізкае падвойнае праламленне: 0,004 супраць 0,07
Высокае падвойнае праламленне ніябату літыя (LNOI) часам можа быць складанай задачай, асабліва з-за таго, што выгібы хваляводаў могуць выклікаць сувязь мод і гібрыдызацыю мод. У тонкім LNOI выгіб у хваляводзе можа часткова пераўтварыць святло TE ў святло TM, што ўскладняе выраб некаторых пасіўных прылад, такіх як фільтры.
З LTOI меншае падвойнае праламленне ліквідуе гэтую праблему, патэнцыйна палягчаючы распрацоўку высокапрадукцыйных пасіўных прылад. EPFL таксама паведаміла аб прыкметных выніках, выкарыстоўваючы нізкае падвойнае праламленне LTOI і адсутнасць перакрыжавання мод для дасягнення электрааптычнай генерацыі звышшырокага спектру частот з плоскім кантролем дысперсіі ў шырокім спектральным дыяпазоне. Гэта прывяло да ўражлівай прапускной здольнасці грэбеня ў 450 нм з больш чым 2000 лініямі грэбня, што ў некалькі разоў больш, чым тое, што можа быць дасягнута з дапамогай ніябату літыя. У параўнанні з аптычнымі частотнымі грэбнямі Кера, электрааптычныя грабяні даюць перавагу ў тым, што яны больш стабільныя і не маюць парога, хоць для іх патрабуецца мікрахвалевая печ высокай магутнасці.
③Больш высокі парог аптычнага пашкоджання
Парог аптычнага пашкоджання LTOI ў два разы перавышае LNOI, што дае перавагу ў нелінейных прылажэннях (і, магчыма, у будучых прылажэннях кагерэнтнага ідэальнага паглынання (CPO). Бягучыя ўзроўні магутнасці аптычнага модуля наўрад ці пашкодзяць ніябат літыя.
④Эфект нізкага камбінацыйнага рассеяння
Гэта таксама адносіцца да нелінейных прыкладанняў. Ніябат літыя валодае моцным эфектам камбінацыйнага рассеяння, які ў прымяненні аптычных частотных грэбняў Кера можа прывесці да непажаданай генерацыі камбінацыйнага святла і атрымаць канкурэнцыю, не даючы аптычным грабянцам ніябату літыя x-зрэзу дасягнуць салітоннага стану. З дапамогай LTOI эфект камбінацыйнага рассеяння можа быць падаўлены з дапамогай канструкцыі арыентацыі крышталя, што дазваляе LTOI з х-разрэзам дасягаць салітоннай генерацыі аптычнай частаты. Гэта дазваляе маналітна інтэграваць салітонныя аптычныя частотныя грабянцы з высакахуткаснымі мадулятарамі, што немагчыма з LNOI.
◆ Чаму тонкаплёнкавы танталат літыя (LTOI) не згадваўся раней?
Танталат літыя мае больш нізкую тэмпературу Кюры, чым ніябат літыя (610°C супраць 1157°C). Да распрацоўкі тэхналогіі гетэраінтэграцыі (XOI) мадулятары ніябату літыя вырабляліся з выкарыстаннем дыфузіі тытана, якая патрабуе адпалу пры тэмпературы больш за 1000 °C, што робіць LTOI непрыдатным. Аднак з сучасным пераходам да выкарыстання ізалятарных падкладак і хваляводнага тручэння для фарміравання мадулятара тэмпературы Кюры 610°C больш чым дастаткова.
◆ Ці заменіць тонкаплёнкавы ніябат літыя (TFLN) тонкаплёнкавы танталат літыя (LTOI)?
На падставе бягучых даследаванняў LTOI прапануе перавагі ў пасіўнай прадукцыйнасці, стабільнасці і выдатках на буйнамаштабную вытворчасць без відавочных недахопаў. Аднак LTOI не пераўзыходзіць ніябат літыя па прадукцыйнасці мадуляцыі, і праблемы стабільнасці з LNOI маюць вядомыя рашэнні. Для камунікацыйных модуляў DR існуе мінімальны попыт на пасіўныя кампаненты (пры неабходнасці можна выкарыстоўваць нітрыд крэмнію). Акрамя таго, патрабуюцца новыя інвестыцыі для аднаўлення працэсаў тручэння на ўзроўні пласцін, метадаў гетэраінтэграцыі і праверкі надзейнасці (цяжкасць з тручэннем ніябатам літыя заключалася не ў хваляводзе, а ў дасягненні высокапрадукцыйнага тручэння на ўзроўні пласцін). Такім чынам, каб канкурыраваць з усталяванай пазіцыяй ніябата літыя, LTOI можа спатрэбіцца выявіць дадатковыя перавагі. Аднак з акадэмічнага пункту гледжання LTOI прапануе значны даследчы патэнцыял для інтэграваных сістэм на чыпе, такіх як электрааптычныя грабяні, якія ахопліваюць актаву, прылады PPLT, салітоны і AWG з дзяленнем па даўжыні хвалі, а таксама масіўныя мадулятары.
Час публікацыі: 8 лістапада 2024 г