एकात्मिक ऑप्टिक्स क्षेत्रात थिन-फिल्म लिथियम टॅन्टालेट (LTOI) मटेरियल एक महत्त्वपूर्ण नवीन शक्ती म्हणून उदयास येत आहे. या वर्षी, LTOI मॉड्युलेटरवरील अनेक उच्च-स्तरीय कामे प्रकाशित झाली आहेत, ज्यामध्ये शांघाय इन्स्टिट्यूट ऑफ मायक्रोसिस्टम अँड इन्फॉर्मेशन टेक्नॉलॉजीचे प्रोफेसर झिन ओयू यांनी प्रदान केलेले उच्च-गुणवत्तेचे LTOI वेफर्स आणि स्वित्झर्लंडमधील EPFL येथील प्रोफेसर किपेनबर्ग यांच्या गटाने विकसित केलेल्या उच्च-गुणवत्तेच्या वेव्हगाइड एचिंग प्रक्रियांचा समावेश आहे. त्यांच्या सहयोगी प्रयत्नांनी प्रभावी परिणाम दर्शविले आहेत. याव्यतिरिक्त, प्रोफेसर लिऊ लिऊ यांच्या नेतृत्वाखालील झेजियांग विद्यापीठ आणि प्रोफेसर लोंकार यांच्या नेतृत्वाखालील हार्वर्ड विद्यापीठातील संशोधन पथकांनी देखील उच्च-गती, उच्च-स्थिरता LTOI मॉड्युलेटरवर अहवाल दिला आहे.
थिन-फिल्म लिथियम निओबेट (LNOI) च्या जवळच्या नातेवाईक म्हणून, LTOI लिथियम निओबेटची हाय-स्पीड मॉड्युलेशन आणि कमी-तोटा वैशिष्ट्ये टिकवून ठेवते, त्याच वेळी कमी किमतीचे, कमी बायरेफ्रिन्जेन्स आणि कमी फोटोरेफ्रॅक्टिव्ह इफेक्ट्स असे फायदे देखील देते. दोन्ही पदार्थांच्या मुख्य वैशिष्ट्यांची तुलना खाली सादर केली आहे.
◆ लिथियम टॅन्टालेट (LTOI) आणि लिथियम निओबेट (LNOI) मधील समानता
①अपवर्तनांक:२.१२ विरुद्ध २.२१
याचा अर्थ असा की दोन्ही मटेरियलवर आधारित सिंगल-मोड वेव्हगाइड आयाम, बेंडिंग रेडियस आणि सामान्य पॅसिव्ह डिव्हाइस आकार खूप समान आहेत आणि त्यांची फायबर कपलिंग कामगिरी देखील तुलनात्मक आहे. चांगल्या वेव्हगाइड एचिंगसह, दोन्ही मटेरियल इन्सर्शन लॉस साध्य करू शकतात.<0.1 dB/सेमी. EPFL ने 5.6 dB/मीटर वेव्हगाइड लॉस नोंदवला आहे.
②इलेक्ट्रो-ऑप्टिक गुणांक:रात्री ३०.५ वाजता/शनिवार विरुद्ध रात्री ३०.९ वाजता/शनिवार
दोन्ही मटेरियलसाठी मॉड्युलेशन कार्यक्षमता तुलनात्मक आहे, पॉकेल्स इफेक्टवर आधारित मॉड्युलेशन उच्च बँडविड्थसाठी परवानगी देते. सध्या, LTOI मॉड्युलेटर प्रति लेन ४००G कामगिरी साध्य करण्यास सक्षम आहेत, ज्याची बँडविड्थ ११० GHz पेक्षा जास्त आहे.
③बँडगॅप:३.९३ eV विरुद्ध ३.७८ eV
दोन्ही पदार्थांमध्ये एक विस्तृत पारदर्शक खिडकी आहे, जी दृश्यमान ते अवरक्त तरंगलांबीपर्यंतच्या अनुप्रयोगांना समर्थन देते, कम्युनिकेशन बँडमध्ये कोणतेही शोषण नसते.
④दुसऱ्या क्रमांकाचा अरेषीय सहगुणक (d33):रात्री २१ वाजता/वी विरुद्ध रात्री २७ वाजता/वी
जर सेकंड हार्मोनिक जनरेशन (SHG), डिफरन्स-फ्रिक्वेन्सी जनरेशन (DFG), किंवा सम-फ्रिक्वेन्सी जनरेशन (SFG) सारख्या नॉनलाइनर अनुप्रयोगांसाठी वापरले गेले तर, दोन्ही सामग्रीची रूपांतरण कार्यक्षमता बरीच समान असावी.
◆ LTOI विरुद्ध LNOI चा खर्चाचा फायदा
①वेफर तयार करण्याचा खर्च कमी
LNOI ला थर वेगळे करण्यासाठी He आयन इम्प्लांटेशनची आवश्यकता असते, ज्याची आयनीकरण कार्यक्षमता कमी असते. याउलट, LTOI वेगळे करण्यासाठी SOI प्रमाणेच H आयन इम्प्लांटेशन वापरते, ज्याची डिलेमिनेशन कार्यक्षमता LNOI पेक्षा 10 पट जास्त असते. यामुळे 6-इंच वेफर्सच्या किमतीत लक्षणीय फरक पडतो: $300 विरुद्ध $2000, 85% खर्चात कपात.
②ध्वनिक फिल्टरसाठी ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स बाजारात ते आधीच मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.(दरवर्षी ७५०,००० युनिट्स, सॅमसंग, अॅपल, सोनी इत्यादींद्वारे वापरले जातात).
◆ LTOI विरुद्ध LNOI चे कामगिरी फायदे
①कमी साहित्य दोष, कमकुवत प्रकाश अपवर्तक प्रभाव, अधिक स्थिरता
सुरुवातीला, LNOI मॉड्युलेटरमध्ये अनेकदा बायस पॉइंट ड्रिफ्ट दिसून येत असे, प्रामुख्याने वेव्हगाइड इंटरफेसमधील दोषांमुळे चार्ज जमा होण्यामुळे. जर उपचार न केले तर, या उपकरणांना स्थिर होण्यासाठी एक दिवस लागू शकतो. तथापि, या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी विविध पद्धती विकसित करण्यात आल्या, जसे की मेटल ऑक्साईड क्लॅडिंग वापरणे, सब्सट्रेट ध्रुवीकरण आणि अॅनिलिंग, ज्यामुळे ही समस्या आता मोठ्या प्रमाणात व्यवस्थापित झाली आहे.
याउलट, LTOI मध्ये कमी मटेरियल दोष आहेत, ज्यामुळे ड्रिफ्ट घटना लक्षणीयरीत्या कमी होतात. अतिरिक्त प्रक्रिया न करताही, त्याचा ऑपरेटिंग पॉइंट तुलनेने स्थिर राहतो. EPFL, हार्वर्ड आणि झेजियांग विद्यापीठाने असेच निकाल नोंदवले आहेत. तथापि, तुलना अनेकदा न वापरलेले LNOI मॉड्युलेटर वापरते, जे पूर्णपणे योग्य नसू शकते; प्रक्रियेसह, दोन्ही मटेरियलची कार्यक्षमता कदाचित समान असते. मुख्य फरक LTOI मध्ये आहे ज्यामध्ये कमी अतिरिक्त प्रक्रिया चरणांची आवश्यकता असते.
②लोअर बायरफ्रिंजन्स: ०.००४ विरुद्ध ०.०७
लिथियम निओबेट (LNOI) ची उच्च बायरेफ्रिन्जेन्स कधीकधी आव्हानात्मक असू शकते, विशेषतः कारण वेव्हगाइड बेंड मोड कपलिंग आणि मोड हायब्रिडायझेशनला कारणीभूत ठरू शकतात. पातळ LNOI मध्ये, वेव्हगाइडमधील बेंड अंशतः TE प्रकाशाचे TM प्रकाशात रूपांतर करू शकते, ज्यामुळे फिल्टरसारख्या काही निष्क्रिय उपकरणांची निर्मिती गुंतागुंतीची होते.
LTOI सह, कमी बायरेफ्रिंजन्समुळे ही समस्या दूर होते, ज्यामुळे उच्च-कार्यक्षमता असलेली निष्क्रिय उपकरणे विकसित करणे सोपे होते. EPFL ने उल्लेखनीय परिणाम देखील नोंदवले आहेत, LTOI च्या कमी बायरेफ्रिंजन्स आणि मोड-क्रॉसिंगच्या अनुपस्थितीचा फायदा घेऊन विस्तृत स्पेक्ट्रल श्रेणीमध्ये फ्लॅट डिस्पर्शन नियंत्रणासह अल्ट्रा-वाइड-स्पेक्ट्रम इलेक्ट्रो-ऑप्टिक फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब जनरेशन साध्य केले आहे. यामुळे २००० पेक्षा जास्त कॉम्ब लाईन्ससह प्रभावी ४५० nm कॉम्ब बँडविड्थ मिळाली, जी लिथियम निओबेटने मिळवता येते त्यापेक्षा अनेक पट जास्त आहे. केर ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्सच्या तुलनेत, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब्स थ्रेशोल्ड-फ्री आणि अधिक स्थिर असल्याचा फायदा देतात, जरी त्यांना उच्च-शक्ती मायक्रोवेव्ह इनपुटची आवश्यकता असते.
③उच्च ऑप्टिकल नुकसान थ्रेशोल्ड
LTOI चा ऑप्टिकल डॅमेज थ्रेशोल्ड LNOI च्या दुप्पट आहे, जो नॉनलाइनर अॅप्लिकेशन्समध्ये (आणि संभाव्यतः भविष्यातील कोहेरंट परफेक्ट अॅब्सॉर्प्शन (CPO) अॅप्लिकेशन्समध्ये) फायदा देतो. सध्याच्या ऑप्टिकल मॉड्यूल पॉवर लेव्हल्समुळे लिथियम निओबेटचे नुकसान होण्याची शक्यता कमी आहे.
④कमी रमन प्रभाव
हे नॉनलाइनर अनुप्रयोगांसाठी देखील लागू होते. लिथियम निओबेटमध्ये एक मजबूत रमन प्रभाव असतो, जो केर ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब अनुप्रयोगांमध्ये अवांछित रमन प्रकाश निर्मितीस कारणीभूत ठरू शकतो आणि स्पर्धा वाढवू शकतो, ज्यामुळे एक्स-कट लिथियम निओबेट ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्स सॉलिटन स्थितीत पोहोचण्यापासून रोखले जाऊ शकतात. LTOI सह, क्रिस्टल ओरिएंटेशन डिझाइनद्वारे रमन प्रभाव दाबला जाऊ शकतो, ज्यामुळे एक्स-कट LTOI ला सॉलिटन ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब जनरेशन साध्य करता येते. हे हाय-स्पीड मॉड्युलेटरसह सॉलिटन ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्सचे मोनोलिथिक एकत्रीकरण सक्षम करते, जे LNOI सह साध्य करता येत नाही.
◆ थिन-फिल्म लिथियम टॅन्टलेट (LTOI) चा उल्लेख आधी का नव्हता?
लिथियम टँटालेटमध्ये लिथियम निओबेटपेक्षा कमी क्युरी तापमान असते (६१०°C विरुद्ध ११५७°C). हेटेरोइंटिग्रेशन तंत्रज्ञान (XOI) विकसित होण्यापूर्वी, लिथियम निओबेट मॉड्युलेटर टायटॅनियम डिफ्यूजन वापरून तयार केले जात होते, ज्यासाठी १०००°C पेक्षा जास्त तापमानात अॅनिलिंग आवश्यक असते, ज्यामुळे LTOI अनुपयुक्त होते. तथापि, मॉड्युलेटर निर्मितीसाठी इन्सुलेटर सब्सट्रेट्स आणि वेव्हगाइड एचिंग वापरण्याकडे आजच्या बदलामुळे, ६१०°C क्युरी तापमान पुरेसे आहे.
◆ थिन-फिल्म लिथियम टँटालेट (LTOI) हे थिन-फिल्म लिथियम निओबेट (TFLN) ची जागा घेईल का?
सध्याच्या संशोधनावर आधारित, LTOI निष्क्रिय कामगिरी, स्थिरता आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादन खर्चात फायदे देते, ज्यामध्ये कोणतेही स्पष्ट तोटे नाहीत. तथापि, LTOI मॉड्युलेशन कामगिरीमध्ये लिथियम निओबेटला मागे टाकत नाही आणि LNOI मधील स्थिरतेच्या समस्यांना ज्ञात उपाय आहेत. कम्युनिकेशन DR मॉड्यूल्ससाठी, निष्क्रिय घटकांची मागणी कमी आहे (आणि आवश्यक असल्यास सिलिकॉन नायट्राइड वापरता येते). याव्यतिरिक्त, वेफर-लेव्हल एचिंग प्रक्रिया, हेटेरोइंटिग्रेशन तंत्रे आणि विश्वासार्हता चाचणी पुन्हा स्थापित करण्यासाठी नवीन गुंतवणूक आवश्यक आहे (लिथियम निओबेट एचिंगमधील अडचण वेव्हगाइड नव्हती तर उच्च-उत्पन्न वेफर-लेव्हल एचिंग साध्य करणे होती). म्हणून, लिथियम निओबेटच्या स्थापित स्थितीशी स्पर्धा करण्यासाठी, LTOI ला आणखी फायदे उघड करावे लागतील. तथापि, शैक्षणिकदृष्ट्या, LTOI एकात्मिक ऑन-चिप सिस्टमसाठी लक्षणीय संशोधन क्षमता देते, जसे की ऑक्टेव्ह-स्पॅनिंग इलेक्ट्रो-ऑप्टिक कॉम्ब्स, PPLT, सॉलिटन आणि AWG तरंगलांबी विभाग उपकरणे आणि अॅरे मॉड्युलेटर.
पोस्ट वेळ: नोव्हेंबर-०८-२०२४