ఇంటిగ్రేటెడ్ ఆప్టిక్స్ రంగంలో థిన్-ఫిల్మ్ లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) పదార్థం ఒక ముఖ్యమైన కొత్త శక్తిగా ఉద్భవిస్తోంది. ఈ సంవత్సరం, LTOI మాడ్యులేటర్లపై అనేక ఉన్నత-స్థాయి రచనలు ప్రచురించబడ్డాయి, షాంఘై ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ మైక్రోసిస్టమ్ అండ్ ఇన్ఫర్మేషన్ టెక్నాలజీ నుండి ప్రొఫెసర్ జిన్ ఓయు అందించిన అధిక-నాణ్యత LTOI వేఫర్‌లు మరియు స్విట్జర్లాండ్‌లోని EPFLలో ప్రొఫెసర్ కిప్పెన్‌బర్గ్ బృందం అభివృద్ధి చేసిన అధిక-నాణ్యత వేవ్‌గైడ్ ఎచింగ్ ప్రక్రియలు ఉన్నాయి. వారి సహకార ప్రయత్నాలు అద్భుతమైన ఫలితాలను ప్రదర్శించాయి. అదనంగా, ప్రొఫెసర్ లియు లియు నేతృత్వంలోని జెజియాంగ్ విశ్వవిద్యాలయం మరియు ప్రొఫెసర్ లాంకార్ నేతృత్వంలోని హార్వర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం నుండి పరిశోధన బృందాలు కూడా అధిక-వేగం, అధిక-స్థిరత్వం LTOI మాడ్యులేటర్లపై నివేదించాయి.
థిన్-ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ (LNOI) కి దగ్గరి బంధువుగా, LTOI లిథియం నియోబేట్ యొక్క హై-స్పీడ్ మాడ్యులేషన్ మరియు తక్కువ-నష్ట లక్షణాలను నిలుపుకుంటుంది, అదే సమయంలో తక్కువ ధర, తక్కువ బైర్‌ఫ్రింగెన్స్ మరియు తగ్గిన ఫోటోరిఫ్రాక్టివ్ ప్రభావాలు వంటి ప్రయోజనాలను కూడా అందిస్తుంది. రెండు పదార్థాల ప్రధాన లక్షణాల పోలిక క్రింద ఇవ్వబడింది.
◆ లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) మరియు లిథియం నియోబేట్ (LNOI) మధ్య సారూప్యతలు
① (ఆంగ్లం)వక్రీభవన సూచిక:2.12 వర్సెస్ 2.21
దీని అర్థం రెండు పదార్థాల ఆధారంగా సింగిల్-మోడ్ వేవ్‌గైడ్ కొలతలు, బెండింగ్ వ్యాసార్థం మరియు సాధారణ నిష్క్రియాత్మక పరికర పరిమాణాలు చాలా పోలి ఉంటాయి మరియు వాటి ఫైబర్ కలపడం పనితీరు కూడా పోల్చదగినది. మంచి వేవ్‌గైడ్ ఎచింగ్‌తో, రెండు పదార్థాలు చొప్పించే నష్టాన్ని సాధించగలవు<0.1 dB/cm. EPFL 5.6 dB/m వేవ్‌గైడ్ నష్టాన్ని నివేదిస్తుంది.
② (ఎయిర్)ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ గుణకం:30.5 pm/V vs 30.9 pm/V
రెండు పదార్థాలకు మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యం పోల్చదగినది, పాకెల్స్ ప్రభావం ఆధారంగా మాడ్యులేషన్ అధిక బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను అనుమతిస్తుంది. ప్రస్తుతం, LTOI మాడ్యులేటర్లు 110 GHz కంటే ఎక్కువ బ్యాండ్‌విడ్త్‌తో లేన్‌కు 400G పనితీరును సాధించగలవు.
③బ్యాండ్‌గ్యాప్:3.93 eV వర్సెస్ 3.78 eV
రెండు పదార్థాలు విస్తృత పారదర్శక విండోను కలిగి ఉంటాయి, కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌లలో శోషణ లేకుండా, దృశ్యమాన నుండి పరారుణ తరంగదైర్ఘ్యాల వరకు అనువర్తనాలకు మద్దతు ఇస్తాయి.
④ (④)రెండవ-ఆర్డర్ నాన్ లీనియర్ కోఎఫీషియంట్ (d33):21 pm/V vs 27 pm/V
రెండవ హార్మోనిక్ జనరేషన్ (SHG), డిఫరెన్స్-ఫ్రీక్వెన్సీ జనరేషన్ (DFG), లేదా సమ్-ఫ్రీక్వెన్సీ జనరేషన్ (SFG) వంటి నాన్ లీనియర్ అప్లికేషన్లకు ఉపయోగిస్తే, రెండు పదార్థాల మార్పిడి సామర్థ్యాలు చాలా పోలి ఉండాలి.
◆ LTOI vs LNOI యొక్క ఖర్చు ప్రయోజనం
① (ఆంగ్లం)తక్కువ వేఫర్ తయారీ ఖర్చు
LNOI పొర విభజన కోసం He అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ అవసరం, ఇది తక్కువ అయనీకరణ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, LTOI విభజన కోసం H అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్‌ను ఉపయోగిస్తుంది, ఇది SOI మాదిరిగానే ఉంటుంది, ఇది LNOI కంటే 10 రెట్లు ఎక్కువ డీలామినేషన్ సామర్థ్యంతో ఉంటుంది. దీని ఫలితంగా 6-అంగుళాల వేఫర్‌లకు గణనీయమైన ధర వ్యత్యాసం ఉంటుంది: $300 vs. $2000, 85% ఖర్చు తగ్గింపు.
② (ఎయిర్)ఇది ఇప్పటికే వినియోగదారు ఎలక్ట్రానిక్స్ మార్కెట్లో అకౌస్టిక్ ఫిల్టర్ల కోసం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది.(సంవత్సరానికి 750,000 యూనిట్లు, శామ్‌సంగ్, ఆపిల్, సోనీ మొదలైనవి ఉపయోగిస్తాయి).
◆ LTOI vs LNOI యొక్క పనితీరు ప్రయోజనాలు
① (ఆంగ్లం)తక్కువ పదార్థ లోపాలు, బలహీనమైన ఫోటోరిఫ్రాక్టివ్ ప్రభావం, ఎక్కువ స్థిరత్వం
ప్రారంభంలో, LNOI మాడ్యులేటర్లు తరచుగా బయాస్ పాయింట్ డ్రిఫ్ట్‌ను ప్రదర్శించాయి, ప్రధానంగా వేవ్‌గైడ్ ఇంటర్‌ఫేస్‌లో లోపాల వల్ల కలిగే ఛార్జ్ చేరడం దీనికి కారణం. చికిత్స చేయకపోతే, ఈ పరికరాలు స్థిరీకరించడానికి ఒక రోజు వరకు పట్టవచ్చు. అయితే, ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి మెటల్ ఆక్సైడ్ క్లాడింగ్, సబ్‌స్ట్రేట్ పోలరైజేషన్ మరియు ఎనియలింగ్ వంటి వివిధ పద్ధతులు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి, ఈ సమస్యను ఇప్పుడు ఎక్కువగా నిర్వహించగలిగేలా చేసింది.
దీనికి విరుద్ధంగా, LTOI తక్కువ పదార్థ లోపాలను కలిగి ఉంది, దీని వలన డ్రిఫ్ట్ దృగ్విషయాలు గణనీయంగా తగ్గుతాయి. అదనపు ప్రాసెసింగ్ లేకుండా కూడా, దాని ఆపరేటింగ్ పాయింట్ సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటుంది. EPFL, హార్వర్డ్ మరియు జెజియాంగ్ విశ్వవిద్యాలయం ఇలాంటి ఫలితాలను నివేదించాయి. అయితే, పోలిక తరచుగా చికిత్స చేయని LNOI మాడ్యులేటర్లను ఉపయోగిస్తుంది, ఇది పూర్తిగా న్యాయంగా ఉండకపోవచ్చు; ప్రాసెసింగ్‌తో, రెండు పదార్థాల పనితీరు సమానంగా ఉంటుంది. ప్రధాన వ్యత్యాసం LTOIకి తక్కువ అదనపు ప్రాసెసింగ్ దశలు అవసరం.
② (ఎయిర్)దిగువ బైర్‌ఫ్రింగెన్స్: 0.004 vs 0.07
లిథియం నియోబేట్ (LNOI) యొక్క అధిక బైర్‌ఫ్రింగెన్స్ కొన్నిసార్లు సవాలుగా ఉంటుంది, ముఖ్యంగా వేవ్‌గైడ్ వంపులు మోడ్ కప్లింగ్ మరియు మోడ్ హైబ్రిడైజేషన్‌కు కారణమవుతాయి. సన్నని LNOIలో, వేవ్‌గైడ్‌లోని వంపు పాక్షికంగా TE కాంతిని TM కాంతిగా మార్చగలదు, ఫిల్టర్ల వంటి కొన్ని నిష్క్రియ పరికరాల తయారీని క్లిష్టతరం చేస్తుంది.
LTOI తో, దిగువ బైర్‌ఫ్రింగెన్స్ ఈ సమస్యను తొలగిస్తుంది, అధిక-పనితీరు గల పాసివ్ పరికరాలను అభివృద్ధి చేయడాన్ని సులభతరం చేస్తుంది. EPFL కూడా గుర్తించదగిన ఫలితాలను నివేదించింది, LTOI యొక్క తక్కువ బైర్‌ఫ్రింగెన్స్ మరియు మోడ్-క్రాసింగ్ లేకపోవడాన్ని ఉపయోగించి విస్తృత స్పెక్ట్రల్ పరిధిలో ఫ్లాట్ డిస్పర్షన్ నియంత్రణతో అల్ట్రా-వైడ్-స్పెక్ట్రమ్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ ఫ్రీక్వెన్సీ కాంబ్ జనరేషన్‌ను సాధించింది. దీని ఫలితంగా 2000 కంటే ఎక్కువ కాంబ్ లైన్‌లతో ఆకట్టుకునే 450 nm కాంబ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ లభించింది, ఇది లిథియం నియోబేట్‌తో సాధించగల దానికంటే చాలా రెట్లు పెద్దది. కెర్ ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ కాంబ్‌లతో పోలిస్తే, ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ కాంబ్‌లు థ్రెషోల్డ్-ఫ్రీ మరియు మరింత స్థిరంగా ఉండటం అనే ప్రయోజనాన్ని అందిస్తాయి, అయినప్పటికీ వాటికి అధిక-పవర్ మైక్రోవేవ్ ఇన్‌పుట్ అవసరం.
③అధిక ఆప్టికల్ డ్యామేజ్ థ్రెషోల్డ్
LTOI యొక్క ఆప్టికల్ డ్యామేజ్ థ్రెషోల్డ్ LNOI కంటే రెండు రెట్లు ఎక్కువ, ఇది నాన్ లీనియర్ అప్లికేషన్లలో (మరియు భవిష్యత్తులో కోహెరెంట్ పర్ఫెక్ట్ అబ్జార్ప్షన్ (CPO) అప్లికేషన్లలో) ప్రయోజనాన్ని అందిస్తుంది. ప్రస్తుత ఆప్టికల్ మాడ్యూల్ పవర్ లెవల్స్ లిథియం నియోబేట్‌ను దెబ్బతీసే అవకాశం లేదు.
④ (④)తక్కువ రామన్ ప్రభావం
ఇది నాన్ లీనియర్ అప్లికేషన్లకు కూడా వర్తిస్తుంది. లిథియం నియోబేట్ బలమైన రామన్ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది కెర్ ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ కాంబ్ అప్లికేషన్లలో అవాంఛిత రామన్ కాంతి ఉత్పత్తికి దారితీస్తుంది మరియు పోటీని పొందుతుంది, x-కట్ లిథియం నియోబేట్ ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ కాంబ్‌లు సోలిటన్ స్థితికి చేరుకోకుండా నిరోధిస్తుంది. LTOIతో, క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్ డిజైన్ ద్వారా రామన్ ప్రభావాన్ని అణచివేయవచ్చు, ఇది x-కట్ LTOI సోలిటన్ ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ కాంబ్ జనరేషన్‌ను సాధించడానికి అనుమతిస్తుంది. ఇది హై-స్పీడ్ మాడ్యులేటర్‌లతో సోలిటన్ ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ కాంబ్‌ల మోనోలిథిక్ ఇంటిగ్రేషన్‌ను అనుమతిస్తుంది, ఇది LNOIతో సాధించలేని ఘనత.
◆ థిన్-ఫిల్మ్ లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) గురించి ఇంతకు ముందు ఎందుకు ప్రస్తావించలేదు?
లిథియం టాంటలేట్ లిథియం నియోబేట్ (610°C vs. 1157°C) కంటే తక్కువ క్యూరీ ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉంటుంది. హెటెరోఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీ (XOI) అభివృద్ధికి ముందు, లిథియం నియోబేట్ మాడ్యులేటర్లు టైటానియం డిఫ్యూజన్ ఉపయోగించి తయారు చేయబడ్డాయి, దీనికి 1000°C కంటే ఎక్కువ వద్ద ఎనియలింగ్ అవసరం, దీని వలన LTOI అనుచితంగా మారింది. అయితే, నేటి మాడ్యులేటర్ నిర్మాణం కోసం ఇన్సులేటర్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లు మరియు వేవ్‌గైడ్ ఎచింగ్‌ను ఉపయోగించడం వైపు మారడంతో, 610°C క్యూరీ ఉష్ణోగ్రత తగినంత కంటే ఎక్కువగా ఉంది.
◆ థిన్-ఫిల్మ్ లిథియం టాంటలేట్ (LTOI) థిన్-ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్ (TFLN) స్థానాన్ని భర్తీ చేస్తుందా?
ప్రస్తుత పరిశోధన ఆధారంగా, LTOI నిష్క్రియాత్మక పనితీరు, స్థిరత్వం మరియు పెద్ద-స్థాయి ఉత్పత్తి వ్యయంలో ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది, స్పష్టమైన లోపాలు లేవు. అయితే, LTOI మాడ్యులేషన్ పనితీరులో లిథియం నియోబేట్‌ను అధిగమించదు మరియు LNOIతో స్థిరత్వ సమస్యలకు తెలిసిన పరిష్కారాలు ఉన్నాయి. కమ్యూనికేషన్ DR మాడ్యూళ్ల కోసం, నిష్క్రియాత్మక భాగాలకు కనీస డిమాండ్ ఉంది (మరియు అవసరమైతే సిలికాన్ నైట్రైడ్‌ను ఉపయోగించవచ్చు). అదనంగా, వేఫర్-స్థాయి ఎచింగ్ ప్రక్రియలు, హెటెరోఇంటిగ్రేషన్ టెక్నిక్‌లు మరియు విశ్వసనీయత పరీక్షను తిరిగి స్థాపించడానికి కొత్త పెట్టుబడులు అవసరం (లిథియం నియోబేట్ ఎచింగ్‌తో ఇబ్బంది వేవ్‌గైడ్ కాదు, అధిక-దిగుబడి వేఫర్-స్థాయి ఎచింగ్‌ను సాధించడం). అందువల్ల, లిథియం నియోబేట్ యొక్క స్థిరపడిన స్థానంతో పోటీ పడటానికి, LTOI మరిన్ని ప్రయోజనాలను వెలికితీయవలసి ఉంటుంది. అయితే, విద్యాపరంగా, LTOI ఆక్టేవ్-స్పానింగ్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ దువ్వెనలు, PPLT, సోలిటన్ మరియు AWG తరంగదైర్ఘ్య విభజన పరికరాలు మరియు శ్రేణి మాడ్యులేటర్‌ల వంటి ఇంటిగ్రేటెడ్ ఆన్-చిప్ సిస్టమ్‌లకు గణనీయమైన పరిశోధన సామర్థ్యాన్ని అందిస్తుంది.
పోస్ట్ సమయం: నవంబర్-08-2024