மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட் பொருள் மற்றும் மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட் மாடுலேட்டர்

ஒருங்கிணைந்த நுண்ணலை ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தில் மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட்டின் நன்மைகள் மற்றும் முக்கியத்துவம்.

மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பம்பெரிய வேலை செய்யும் அலைவரிசை, வலுவான இணையான செயலாக்க திறன் மற்றும் குறைந்த பரிமாற்ற இழப்பு ஆகியவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது, இது பாரம்பரிய நுண்ணலை அமைப்பின் தொழில்நுட்பத் தடையை உடைத்து, ரேடார், மின்னணு போர், தொடர்பு மற்றும் அளவீடு மற்றும் கட்டுப்பாடு போன்ற இராணுவ மின்னணு தகவல் உபகரணங்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்தும் திறனைக் கொண்டுள்ளது. இருப்பினும், தனித்த சாதனங்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட நுண்ணலை ஃபோட்டான் அமைப்பு பெரிய அளவு, அதிக எடை மற்றும் மோசமான நிலைத்தன்மை போன்ற சில சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளது, இது விண்வெளி மற்றும் வான்வழி தளங்களில் நுண்ணலை ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் பயன்பாட்டை கடுமையாக கட்டுப்படுத்துகிறது. எனவே, ஒருங்கிணைந்த நுண்ணலை ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பம் இராணுவ மின்னணு தகவல் அமைப்பில் நுண்ணலை ஃபோட்டானின் பயன்பாட்டை உடைத்து, நுண்ணலை ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் நன்மைகளை முழுமையாக வெளிப்படுத்த ஒரு முக்கிய ஆதரவாக மாறி வருகிறது.

தற்போது, ​​ஆப்டிகல் கம்யூனிகேஷன் துறையில் பல வருட வளர்ச்சிக்குப் பிறகு SI- அடிப்படையிலான ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பமும் INP- அடிப்படையிலான ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பமும் மேலும் மேலும் முதிர்ச்சியடைந்துள்ளன, மேலும் நிறைய தயாரிப்புகள் சந்தையில் வெளியிடப்பட்டுள்ளன. இருப்பினும், மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டானைப் பயன்படுத்துவதற்கு, இந்த இரண்டு வகையான ஃபோட்டான் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பங்களில் சில சிக்கல்கள் உள்ளன: எடுத்துக்காட்டாக, Si மாடுலேட்டர் மற்றும் InP மாடுலேட்டரின் நேரியல் அல்லாத எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் குணகம் மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தால் பின்பற்றப்படும் உயர் நேரியல் மற்றும் பெரிய டைனமிக் பண்புகளுக்கு முரணானது; எடுத்துக்காட்டாக, வெப்ப-ஆப்டிகல் விளைவு, பைசோ எலக்ட்ரிக் விளைவு அல்லது கேரியர் இன்ஜெக்ஷன் சிதறல் விளைவு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் ஆப்டிகல் பாதை மாறுதலை உணரும் சிலிக்கான் ஆப்டிகல் சுவிட்ச், மெதுவான மாறுதல் வேகம், மின் நுகர்வு மற்றும் வெப்ப நுகர்வு ஆகியவற்றின் சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளது, இது வேகமான பீம் ஸ்கேனிங் மற்றும் பெரிய வரிசை அளவிலான மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாடுகளை பூர்த்தி செய்ய முடியாது.

அதிவேகத்திற்கு லித்தியம் நியோபேட் எப்போதும் முதல் தேர்வாக இருந்து வருகிறது.மின்-ஒளியியல் பண்பேற்றம்அதன் சிறந்த நேரியல் மின்-ஒளி விளைவு காரணமாக பொருட்கள். இருப்பினும், பாரம்பரிய லித்தியம் நியோபேட்மின்-ஒளியியல் பண்பேற்றிமிகப்பெரிய லித்தியம் நியோபேட் படிகப் பொருளால் ஆனது, மேலும் சாதனத்தின் அளவு மிகப் பெரியது, இது ஒருங்கிணைந்த மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியாது. ஒருங்கிணைந்த மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்ப அமைப்பில் நேரியல் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் குணகத்துடன் லித்தியம் நியோபேட் பொருட்களை எவ்வாறு ஒருங்கிணைப்பது என்பது தொடர்புடைய ஆராய்ச்சியாளர்களின் இலக்காக மாறியுள்ளது. 2018 ஆம் ஆண்டில், அமெரிக்காவில் உள்ள ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த ஒரு ஆராய்ச்சிக் குழு, இயற்கையில் மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட்டை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பத்தை முதன்முதலில் அறிவித்தது, ஏனெனில் இந்த தொழில்நுட்பம் அதிக ஒருங்கிணைப்பு, பெரிய எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் மாடுலேஷன் அலைவரிசை மற்றும் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் விளைவின் உயர் நேர்கோட்டுத்தன்மை ஆகியவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது, இது தொடங்கப்பட்டவுடன், ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டானிக்ஸ் துறையில் கல்வி மற்றும் தொழில்துறை கவனத்தை உடனடியாகத் தூண்டியது. மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாட்டின் கண்ணோட்டத்தில், மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சியில் மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட்டை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஃபோட்டான் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பத்தின் செல்வாக்கு மற்றும் முக்கியத்துவத்தை இந்த ஆய்வுக் கட்டுரை மதிப்பாய்வு செய்கிறது.

மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட் பொருள் மற்றும் மெல்லிய படலம்லித்தியம் நியோபேட் பண்பேற்றி
சமீபத்திய இரண்டு ஆண்டுகளில், ஒரு புதிய வகை லித்தியம் நியோபேட் பொருள் உருவாகியுள்ளது, அதாவது, லித்தியம் நியோபேட் படலம் "அயன் ஸ்லைசிங்" முறை மூலம் பாரிய லித்தியம் நியோபேட் படிகத்திலிருந்து வெளியேற்றப்பட்டு, சிலிக்கா இடையக அடுக்குடன் Si வேஃபருடன் பிணைக்கப்பட்டு LNOI (LiNbO3-ஆன்-இன்சுலேட்டர்) பொருளை உருவாக்குகிறது [5], இது இந்த தாளில் மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட் பொருள் என்று அழைக்கப்படுகிறது. 100 நானோமீட்டர்களுக்கு மேல் உயரமுள்ள ரிட்ஜ் அலை வழிகாட்டிகளை மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட் பொருட்களில் உகந்த உலர் பொறித்தல் செயல்முறை மூலம் பொறிக்க முடியும், மேலும் உருவாக்கப்பட்ட அலை வழிகாட்டிகளின் பயனுள்ள ஒளிவிலகல் குறியீட்டு வேறுபாடு 0.8 க்கும் அதிகமாக அடையலாம் (பாரம்பரிய லித்தியம் நியோபேட் அலை வழிகாட்டிகளின் ஒளிவிலகல் குறியீட்டு வேறுபாட்டை விட 0.02 அதிகமாகும்), படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. வலுவாக கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அலை வழிகாட்டி, மாடுலேட்டரை வடிவமைக்கும்போது ஒளி புலத்தை நுண்ணலை புலத்துடன் பொருத்துவதை எளிதாக்குகிறது. இதனால், குறைந்த நீளத்தில் குறைந்த அரை-அலை மின்னழுத்தத்தையும் பெரிய பண்பேற்ற அலைவரிசையையும் அடைவது நன்மை பயக்கும்.

குறைந்த இழப்பு லித்தியம் நியோபேட் சப்மிக்ரான் அலை வழிகாட்டியின் தோற்றம் பாரம்பரிய லித்தியம் நியோபேட் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிக் மாடுலேட்டரின் உயர் ஓட்டுநர் மின்னழுத்தத்தின் தடையை உடைக்கிறது. மின்முனை இடைவெளியை ~ 5 μm ஆகக் குறைக்கலாம், மேலும் மின்சார புலத்திற்கும் ஆப்டிகல் பயன்முறை புலத்திற்கும் இடையிலான ஒன்றுடன் ஒன்று பெரிதும் அதிகரிக்கிறது, மேலும் vπ ·L 20 V·cm க்கும் அதிகமாக இருந்து 2.8 V·cm க்கும் குறைவாகக் குறைகிறது. எனவே, அதே அரை-அலை மின்னழுத்தத்தின் கீழ், பாரம்பரிய மாடுலேட்டருடன் ஒப்பிடும்போது சாதனத்தின் நீளத்தை வெகுவாகக் குறைக்கலாம். அதே நேரத்தில், படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, பயண அலை மின்முனையின் அகலம், தடிமன் மற்றும் இடைவெளியின் அளவுருக்களை மேம்படுத்திய பிறகு, மாடுலேட்டர் 100 GHz க்கும் அதிகமான அல்ட்ரா-ஹை மாடுலேஷன் அலைவரிசையின் திறனைக் கொண்டிருக்கலாம்.

படம்.1 (a) கணக்கிடப்பட்ட பயன்முறை பரவல் மற்றும் LN அலை வழிகாட்டியின் குறுக்குவெட்டின் (b) படம்

படம்.2 (a) அலை வழிகாட்டி மற்றும் மின்முனை அமைப்பு மற்றும் LN மாடுலேட்டரின் (b) மையத் தகடு

மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட் மாடுலேட்டர்களை பாரம்பரிய லித்தியம் நியோபேட் வணிக மாடுலேட்டர்கள், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மாடுலேட்டர்கள் மற்றும் இண்டியம் பாஸ்பைடு (InP) மாடுலேட்டர்கள் மற்றும் ஏற்கனவே உள்ள பிற அதிவேக எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் மாடுலேட்டர்களுடன் ஒப்பிடுகையில், ஒப்பீட்டின் முக்கிய அளவுருக்கள் பின்வருமாறு:
(1) அரை-அலை வோல்ட்-நீளப் பெருக்கல் (vπ ·L, V·cm), பண்பேற்றியின் பண்பேற்றித் திறனை அளவிடுகிறது, மதிப்பு குறைவாக இருந்தால், பண்பேற்றித் திறன் அதிகமாகும்;
(2) 3 dB பண்பேற்ற அலைவரிசை (GHz), இது உயர் அதிர்வெண் பண்பேற்றத்திற்கு பண்பேற்றியின் பதிலை அளவிடுகிறது;
(3) பண்பேற்றப் பகுதியில் ஒளியியல் செருகல் இழப்பு (dB). மெல்லிய படல லித்தியம் நியோபேட் மாடுலேட்டர் பண்பேற்ற அலைவரிசை, அரை-அலை மின்னழுத்தம், ஒளியியல் இடைக்கணிப்பு இழப்பு மற்றும் பலவற்றில் வெளிப்படையான நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது என்பதை அட்டவணையில் இருந்து காணலாம்.

ஒருங்கிணைந்த ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் மூலக்கல்லாக சிலிக்கான் இதுவரை உருவாக்கப்பட்டுள்ளது, செயல்முறை முதிர்ச்சியடைந்துள்ளது, அதன் மினியேச்சரைசேஷன் செயலில்/செயலற்ற சாதனங்களின் பெரிய அளவிலான ஒருங்கிணைப்புக்கு உகந்ததாக உள்ளது, மேலும் அதன் மாடுலேட்டர் ஆப்டிகல் தொடர்புத் துறையில் பரவலாகவும் ஆழமாகவும் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. சிலிக்கானின் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் மாடுலேஷன் பொறிமுறையானது முக்கியமாக கேரியர் டிப்ளிஷன், கேரியர் இன்ஜெக்ஷன் மற்றும் கேரியர் குவிப்பு ஆகும். அவற்றில், மாடுலேட்டரின் அலைவரிசை நேரியல் டிகிரி கேரியர் டிப்ளிஷன் பொறிமுறையுடன் உகந்ததாக உள்ளது, ஆனால் ஆப்டிகல் புல விநியோகம் குறைப்புப் பகுதியின் சீரான தன்மையுடன் ஒன்றுடன் ஒன்று சேர்வதால், இந்த விளைவு நேரியல் அல்லாத இரண்டாம்-வரிசை விலகல் மற்றும் மூன்றாம்-வரிசை இடைநிலை விலகல் விதிமுறைகளை அறிமுகப்படுத்தும், இது ஒளியின் மீது கேரியரின் உறிஞ்சுதல் விளைவுடன் இணைக்கப்படும், இது ஆப்டிகல் மாடுலேஷன் வீச்சு மற்றும் சமிக்ஞை சிதைவைக் குறைக்க வழிவகுக்கும்.

InP மாடுலேட்டர் சிறந்த மின்-ஒளியியல் விளைவுகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் பல அடுக்கு குவாண்டம் கிணறு அமைப்பு 0.156V · மிமீ வரை Vπ·L உடன் அதி-உயர் வீதம் மற்றும் குறைந்த ஓட்டுநர் மின்னழுத்த மாடுலேட்டர்களை உணர முடியும். இருப்பினும், மின்சார புலத்துடன் ஒளிவிலகல் குறியீட்டின் மாறுபாடு நேரியல் மற்றும் நேரியல் அல்லாத சொற்களை உள்ளடக்கியது, மேலும் மின்சார புல தீவிரத்தின் அதிகரிப்பு இரண்டாம்-வரிசை விளைவை முக்கியமாக்கும். எனவே, சிலிக்கான் மற்றும் InP எலக்ட்ரோ-ஆப்டிக் மாடுலேட்டர்கள் வேலை செய்யும் போது pn சந்திப்பை உருவாக்க சார்புகளைப் பயன்படுத்த வேண்டும், மேலும் pn சந்திப்பு ஒளிக்கு உறிஞ்சுதல் இழப்பைக் கொண்டுவரும். இருப்பினும், இந்த இரண்டின் மாடுலேட்டர் அளவு சிறியது, வணிக InP மாடுலேட்டர் அளவு LN மாடுலேட்டரில் 1/4 ஆகும். உயர் பண்பேற்ற செயல்திறன், அதிக அடர்த்தி மற்றும் தரவு மையங்கள் போன்ற குறுகிய தூர டிஜிட்டல் ஆப்டிகல் டிரான்ஸ்மிஷன் நெட்வொர்க்குகளுக்கு ஏற்றது. லித்தியம் நியோபேட்டின் மின்-ஒளியியல் விளைவு ஒளி உறிஞ்சுதல் பொறிமுறையையும் குறைந்த இழப்பையும் கொண்டிருக்கவில்லை, இது நீண்ட தூர ஒத்திசைவுக்கு ஏற்றது.ஒளியியல் தொடர்புஅதிக கொள்ளளவு மற்றும் அதிக விகிதத்துடன். நுண்ணலை ஃபோட்டான் பயன்பாட்டில், Si மற்றும் InP இன் மின்-ஒளியியல் குணகங்கள் நேரியல் அல்லாதவை, இது உயர் நேர்கோட்டுத்தன்மை மற்றும் பெரிய இயக்கவியலைப் பின்பற்றும் நுண்ணலை ஃபோட்டான் அமைப்புக்கு ஏற்றதல்ல. லித்தியம் நியோபேட் பொருள் அதன் முழுமையான நேரியல் மின்-ஒளியியல் பண்பேற்ற குணகம் காரணமாக நுண்ணலை ஃபோட்டான் பயன்பாட்டிற்கு மிகவும் பொருத்தமானது.