மெல்லிய படல லித்தியம் நையோபேட் பொருள் மற்றும் மெல்லிய படல லித்தியம் நையோபேட் மாடுலேட்டர்

ஒருங்கிணைந்த மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தில் மென்படல லித்தியம் நையோபேட்டின் நன்மைகளும் முக்கியத்துவமும்

மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பம்பெரிய செயல்பாட்டு அலைவரிசை, வலுவான இணைச் செயலாக்கத் திறன் மற்றும் குறைந்த பரிமாற்ற இழப்பு போன்ற நன்மைகளைக் கொண்டுள்ள இது, பாரம்பரிய நுண்ணலை அமைப்பின் தொழில்நுட்பத் தடையை உடைத்து, ரேடார், மின்னணுப் போர், தகவல் தொடர்பு மற்றும் அளவீடு மற்றும் கட்டுப்பாடு போன்ற இராணுவ மின்னணுத் தகவல் சாதனங்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்தும் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. இருப்பினும், தனித்தனி சாதனங்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட நுண்ணலை ஃபோட்டான் அமைப்பானது, பெரிய அளவு, அதிக எடை மற்றும் மோசமான நிலைத்தன்மை போன்ற சில சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளது. இது, விண்வெளி மற்றும் வான்வழித் தளங்களில் நுண்ணலை ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் பயன்பாட்டைக் கடுமையாகக் கட்டுப்படுத்துகிறது. எனவே, ஒருங்கிணைந்த நுண்ணலை ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பமானது, இராணுவ மின்னணுத் தகவல் அமைப்பில் நுண்ணலை ஃபோட்டானின் பயன்பாட்டை உடைத்து, அதன் நன்மைகளை முழுமையாக வெளிக்கொணர ஒரு முக்கிய ஆதரவாக மாறி வருகிறது.

தற்போது, ​​ஒளியியல் தகவல் தொடர்புத் துறையில் பல ஆண்டுகால வளர்ச்சிக்குப் பிறகு, SI-அடிப்படையிலான ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்புத் தொழில்நுட்பமும் INP-அடிப்படையிலான ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்புத் தொழில்நுட்பமும் மேலும் மேலும் முதிர்ச்சியடைந்து, ஏராளமான தயாரிப்புகள் சந்தையில் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டுள்ளன. இருப்பினும், மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டானின் பயன்பாட்டைப் பொறுத்தவரை, இந்த இரண்டு வகையான ஃபோட்டான் ஒருங்கிணைப்புத் தொழில்நுட்பங்களிலும் சில சிக்கல்கள் உள்ளன: எடுத்துக்காட்டாக, Si மாடுலேட்டர் மற்றும் InP மாடுலேட்டரின் நேரியல் அல்லாத மின்-ஒளியியல் குணகம், மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தால் நாடப்படும் உயர் நேரியல் தன்மை மற்றும் பெரிய டைனமிக் பண்புகளுக்கு முரணாக உள்ளது; எடுத்துக்காட்டாக, வெப்ப-ஒளியியல் விளைவு, அழுத்தமின் விளைவு அல்லது கேரியர் உட்செலுத்துதல் சிதறல் விளைவு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் அமைந்திருந்தாலும், ஒளியியல் பாதை மாற்றத்தை உணர்த்தும் சிலிக்கான் ஒளியியல் சுவிட்ச், மெதுவான மாறுதல் வேகம், மின் நுகர்வு மற்றும் வெப்ப நுகர்வு போன்ற சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளது, இதனால் வேகமான கற்றை ஸ்கேனிங் மற்றும் பெரிய வரிசை அளவிலான மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாடுகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியாது.

அதிவேகத்திற்கு லித்தியம் நையோபேட் எப்போதுமே முதல் தேர்வாக இருந்து வருகிறது.மின்-ஒளி பண்பேற்றம்அதன் சிறந்த நேரியல் மின்-ஒளி விளைவின் காரணமாகப் பொருட்கள். இருப்பினும், பாரம்பரிய லித்தியம் நையோபேட்மின்-ஒளியியல் பண்பேற்றிஇது பிரம்மாண்டமான லித்தியம் நையோபேட் படிகப் பொருளால் ஆனது, மேலும் சாதனத்தின் அளவு மிகவும் பெரியதாக இருப்பதால், ஒருங்கிணைந்த மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய இயலாது. நேரியல் மின்-ஒளியியல் குணகம் கொண்ட லித்தியம் நையோபேட் பொருட்களை ஒருங்கிணைந்த மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்ப அமைப்பில் எவ்வாறு ஒருங்கிணைப்பது என்பது தொடர்புடைய ஆராய்ச்சியாளர்களின் இலக்காக மாறியுள்ளது. 2018-ல், அமெரிக்காவின் ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த ஒரு ஆய்வுக் குழு, மெல்லிய படல லித்தியம் நையோபேட்டை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்புத் தொழில்நுட்பத்தை நேச்சர் இதழில் முதன்முதலில் வெளியிட்டது. இந்தத் தொழில்நுட்பம் உயர் ஒருங்கிணைப்பு, பெரிய மின்-ஒளியியல் பண்பேற்ற அலைவரிசை மற்றும் மின்-ஒளியியல் விளைவின் உயர் நேரியல் தன்மை போன்ற நன்மைகளைக் கொண்டிருப்பதால், அறிமுகப்படுத்தப்பட்டவுடன், இது ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டானிக்ஸ் துறையில் கல்வி மற்றும் தொழில்துறை கவனத்தை உடனடியாக ஈர்த்தது. மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாட்டின் கண்ணோட்டத்தில், மெல்லிய படல லித்தியம் நையோபேட்டை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஃபோட்டான் ஒருங்கிணைப்புத் தொழில்நுட்பம், மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சியில் ஏற்படுத்தும் தாக்கம் மற்றும் முக்கியத்துவத்தை இந்தக் கட்டுரை மீள்பார்வை செய்கிறது.

மெல்லிய படலம் லித்தியம் நையோபேட் பொருள் மற்றும் மெல்லிய படலம்லித்தியம் நையோபேட் மாடுலேட்டர்
சமீபத்திய இரண்டு ஆண்டுகளில், ஒரு புதிய வகை லித்தியம் நையோபேட் பொருள் தோன்றியுள்ளது, அதாவது, லித்தியம் நையோபேட் படலம் "அயன் ஸ்லைசிங்" முறையின் மூலம் பெரிய லித்தியம் நையோபேட் படிகத்திலிருந்து பிரித்தெடுக்கப்பட்டு, சிலிக்கா இடையடுக்குடன் Si வேஃபரில் பிணைக்கப்பட்டு LNOI (LiNbO3-On-Insulator) பொருளை உருவாக்குகிறது [5], இது இந்த ஆய்வறிக்கையில் மென்படல லித்தியம் நையோபேட் பொருள் என்று அழைக்கப்படுகிறது. மேம்படுத்தப்பட்ட உலர் பொறித்தல் செயல்முறையின் மூலம் மென்படல லித்தியம் நையோபேட் பொருட்களின் மீது 100 நானோமீட்டருக்கும் அதிகமான உயரமுள்ள முகடு அலைவழிகளைப் பொறிக்க முடியும், மேலும் உருவாக்கப்பட்ட அலைவழிகளின் பயனுள்ள ஒளிவிலகல் குறியீட்டு வேறுபாடு 0.8-க்கும் அதிகமாக அடையலாம் (இது பாரம்பரிய லித்தியம் நையோபேட் அலைவழிகளின் ஒளிவிலகல் குறியீட்டு வேறுபாடான 0.02-ஐ விட மிக அதிகம்), இது படம் 1-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. வலுவாகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அலைவழி, பண்பேற்றியை வடிவமைக்கும்போது ஒளிப் புலத்தை நுண்ணலைப் புலத்துடன் பொருத்துவதை எளிதாக்குகிறது. இதனால், குறைந்த அரை-அலை மின்னழுத்தம் மற்றும் பெரிய பண்பேற்ற அலைவரிசையை ஒரு குறுகிய நீளத்தில் அடைவதற்கு இது நன்மை பயக்கும்.

குறைந்த இழப்பு கொண்ட லித்தியம் நையோபேட் சப்மைக்ரான் அலைவழியின் வருகையானது, பாரம்பரிய லித்தியம் நையோபேட் எலக்ட்ரோ-ஆப்டிக் மாடுலேட்டரின் உயர் இயக்க மின்னழுத்தம் என்ற தடையை உடைக்கிறது. மின்முனை இடைவெளியை ~ 5 μm ஆகக் குறைக்க முடியும், மேலும் மின்புலத்திற்கும் ஒளியியல் அலைப்புலத்திற்கும் இடையிலான மேற்பொருந்தல் பெருமளவில் அதிகரிக்கப்படுகிறது, மற்றும் vπ ·L ஆனது 20 V·cm-க்கு மேலிருந்து 2.8 V·cm-க்கும் குறைவாகக் குறைகிறது. எனவே, அதே அரை-அலை மின்னழுத்தத்தின் கீழ், பாரம்பரிய மாடுலேட்டருடன் ஒப்பிடும்போது சாதனத்தின் நீளத்தை பெருமளவில் குறைக்க முடியும். அதே நேரத்தில், படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, பயணிக்கும் அலை மின்முனையின் அகலம், தடிமன் மற்றும் இடைவெளி ஆகியவற்றின் அளவுருக்களை மேம்படுத்திய பிறகு, இந்த மாடுலேட்டர் 100 GHz-க்கும் அதிகமான அதி-உயர் பண்பேற்ற அலைவரிசைத் திறனைக் கொண்டிருக்க முடியும்.

படம் 1 (அ) கணக்கிடப்பட்ட அலைமுறைப் பரவல் மற்றும் (ஆ) LN அலைவழிகாட்டியின் குறுக்குவெட்டுத் தோற்றம்.

படம் 2 (அ) LN மாடுலேட்டரின் அலைவழி மற்றும் மின்முனை அமைப்பு மற்றும் (ஆ) மையத்தட்டு

மெல்லிய படல லித்தியம் நையோபேட் மாடுலேட்டர்களை, பாரம்பரிய லித்தியம் நையோபேட் வர்த்தக மாடுலேட்டர்கள், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மாடுலேட்டர்கள், இண்டியம் பாஸ்பைடு (InP) மாடுலேட்டர்கள் மற்றும் தற்போதுள்ள பிற அதிவேக எலக்ட்ரோ-ஆப்டிகல் மாடுலேட்டர்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​அந்த ஒப்பீட்டின் முக்கிய அளவுருக்கள் பின்வருமாறு:
(1) அரை-அலை வோல்ட்-நீளப் பெருக்கம் (vπ ·L, V·cm), மாடுலேட்டரின் பண்பேற்றத் திறனை அளவிடுகிறது, இதன் மதிப்பு எவ்வளவு சிறியதாக இருக்கிறதோ, பண்பேற்றத் திறன் அவ்வளவு அதிகமாக இருக்கும்;
(2) 3 dB பண்பேற்ற அலைவரிசை (GHz), இது உயர் அதிர்வெண் பண்பேற்றத்திற்கு பண்பேற்றியின் பதிலை அளவிடுகிறது;
(3) பண்பேற்றப் பகுதியில் ஒளியியல் செருகல் இழப்பு (dB). அட்டவணையில் இருந்து, மெல்லிய படல லித்தியம் நையோபேட் பண்பேற்றியானது பண்பேற்ற அலைவரிசை, அரை-அலை மின்னழுத்தம், ஒளியியல் இடைக்கணிப்பு இழப்பு போன்றவற்றில் தெளிவான நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது என்பதைக் காணலாம்.

ஒருங்கிணைந்த ஒளியியல் மின்னணுவியலின் மூலக்கல்லாக விளங்கும் சிலிக்கான், இதுவரை மேம்படுத்தப்பட்டு, அதன் செயல்முறை முதிர்ச்சியடைந்துள்ளது. அதன் சிறிதாக்கமானது, செயல்திறன் மிக்க/செயல்திறன் அற்ற சாதனங்களின் பெரிய அளவிலான ஒருங்கிணைப்பிற்கு உகந்ததாக உள்ளது. மேலும், அதன் பண்பேற்றியானது ஒளியியல் தகவல் தொடர்புத் துறையில் பரவலாகவும் ஆழமாகவும் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. சிலிக்கானின் மின்-ஒளியியல் பண்பேற்றப் பொறிமுறையானது முக்கியமாக கேரியர் குறைப்பு, கேரியர் உட்செலுத்துதல் மற்றும் கேரியர் குவிப்பு ஆகும். அவற்றுள், நேரியல் அளவிலான கேரியர் குறைப்புப் பொறிமுறையுடன் பண்பேற்றியின் அலைவரிசை உகந்ததாக உள்ளது. ஆனால், ஒளியியல் புலப் பரவலானது குறைப்புப் பகுதியின் சீரற்ற தன்மையுடன் மேற்பொருந்துவதால், இந்த விளைவானது நேரியல் அல்லாத இரண்டாம் நிலை சிதைவு மற்றும் மூன்றாம் நிலை இடைப்பண்பேற்றச் சிதைவு கூறுகளை அறிமுகப்படுத்தும். இது, ஒளியின் மீதான கேரியரின் உறிஞ்சும் விளைவுடன் இணைந்து, ஒளியியல் பண்பேற்ற வீச்சையும் சமிக்ஞைச் சிதைவையும் குறைப்பதற்கு வழிவகுக்கும்.

InP மாடுலேட்டர் சிறந்த மின்-ஒளி விளைவுகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அதன் பல-அடுக்கு குவாண்டம் கிணறு அமைப்பு, 0.156V · mm வரையிலான Vπ·L உடன், மிக அதிக வேகம் மற்றும் குறைந்த இயக்க மின்னழுத்த மாடுலேட்டர்களை உருவாக்க உதவுகிறது. இருப்பினும், மின்புலத்துடன் ஒளிவிலகல் குறியீட்டின் மாறுபாடு நேரியல் மற்றும் நேரியல் அல்லாத கூறுகளை உள்ளடக்கியது, மேலும் மின்புலத்தின் தீவிரம் அதிகரிப்பது இரண்டாம்-வரிசை விளைவை முன்னிலைப்படுத்தும். எனவே, சிலிக்கான் மற்றும் InP மின்-ஒளி மாடுலேட்டர்கள் செயல்படும்போது pn சந்திப்பை உருவாக்க சார்பு மின்னழுத்தத்தைப் பயன்படுத்த வேண்டும், மேலும் pn சந்திப்பு ஒளிக்கு உறிஞ்சுதல் இழப்பை ஏற்படுத்தும். இருப்பினும், இவ்விரண்டின் மாடுலேட்டர் அளவும் சிறியது; வணிகரீதியான InP மாடுலேட்டரின் அளவு LN மாடுலேட்டரின் அளவில் 1/4 ஆகும். அதிக மாடுலேஷன் திறன், தரவு மையங்கள் போன்ற அதிக அடர்த்தி மற்றும் குறுகிய தூர டிஜிட்டல் ஒளியியல் பரிமாற்ற வலையமைப்புகளுக்கு ஏற்றது. லித்தியம் நையோபேட்டின் மின்-ஒளி விளைவு ஒளி உறிஞ்சுதல் பொறிமுறை மற்றும் குறைந்த இழப்பைக் கொண்டிருக்கவில்லை, இது நீண்ட தூர ஒத்திசைவுக்கு ஏற்றது.தொடர்புபெரிய கொள்ளளவு மற்றும் உயர் வீதத்துடன். மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாட்டில், Si மற்றும் InP ஆகியவற்றின் மின்-ஒளி குணகங்கள் நேரியல் அல்லாதவை, இது உயர் நேரியல் தன்மை மற்றும் பெரிய இயக்கவியலை நாடும் மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் அமைப்புக்கு ஏற்றதல்ல. லித்தியம் நையோபேட் பொருள் அதன் முற்றிலும் நேரியல் மின்-ஒளி பண்பேற்ற குணகத்தின் காரணமாக மைக்ரோவேவ் ஃபோட்டான் பயன்பாட்டிற்கு மிகவும் பொருத்தமானது.