સંકલિત ઓપ્ટિક્સ ક્ષેત્રમાં થિન-ફિલ્મ લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LTOI) સામગ્રી એક મહત્વપૂર્ણ નવી શક્તિ તરીકે ઉભરી રહી છે. આ વર્ષે, LTOI મોડ્યુલેટર પર ઘણા ઉચ્ચ-સ્તરીય કાર્યો પ્રકાશિત થયા છે, જેમાં શાંઘાઈ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ માઇક્રોસિસ્ટમ એન્ડ ઇન્ફર્મેશન ટેકનોલોજીના પ્રોફેસર ઝિન ઓઉ દ્વારા ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા LTOI વેફર્સ અને EPFL, સ્વિટ્ઝર્લૅન્ડ ખાતે પ્રોફેસર કિપેનબર્ગના જૂથ દ્વારા વિકસિત ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી વેવગાઇડ એચિંગ પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે. તેમના સહયોગી પ્રયાસોએ પ્રભાવશાળી પરિણામો દર્શાવ્યા છે. વધુમાં, પ્રોફેસર લિયુ લિયુની આગેવાની હેઠળ ઝેજિયાંગ યુનિવર્સિટી અને પ્રોફેસર લોનકારની આગેવાની હેઠળ હાર્વર્ડ યુનિવર્સિટીની સંશોધન ટીમોએ પણ હાઇ-સ્પીડ, ઉચ્ચ-સ્થિરતા LTOI મોડ્યુલેટર પર અહેવાલ આપ્યો છે.
થિન-ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ (LNOI) ના નજીકના સંબંધી તરીકે, LTOI લિથિયમ નિયોબેટની હાઇ-સ્પીડ મોડ્યુલેશન અને ઓછી-નુકશાન લાક્ષણિકતાઓ જાળવી રાખે છે, જ્યારે ઓછી કિંમત, ઓછી બાયરફ્રિંજન્સ અને ઓછી ફોટોરિફ્રેક્ટિવ અસરો જેવા ફાયદા પણ પ્રદાન કરે છે. બે સામગ્રીની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓની સરખામણી નીચે રજૂ કરવામાં આવી છે.
◆ લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LTOI) અને લિથિયમ નિઓબેટ (LNOI) વચ્ચે સમાનતાઓ
①રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ:૨.૧૨ વિરુદ્ધ ૨.૨૧
આનો અર્થ એ થાય કે બંને સામગ્રી પર આધારિત સિંગલ-મોડ વેવગાઇડ પરિમાણો, બેન્ડિંગ ત્રિજ્યા અને સામાન્ય નિષ્ક્રિય ઉપકરણ કદ ખૂબ સમાન છે, અને તેમનું ફાઇબર કપલિંગ પ્રદર્શન પણ તુલનાત્મક છે. સારી વેવગાઇડ એચિંગ સાથે, બંને સામગ્રી નું નિવેશ નુકશાન પ્રાપ્ત કરી શકે છે.<0.1 dB/cm. EPFL 5.6 dB/m ના વેવગાઇડ નુકશાનનો અહેવાલ આપે છે.
②ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક ગુણાંક:૩૦.૫ વાગ્યા/વી વિરુદ્ધ ૩૦.૯ વાગ્યા/વી
બંને સામગ્રી માટે મોડ્યુલેશન કાર્યક્ષમતા તુલનાત્મક છે, જેમાં પોકેલ્સ અસર પર આધારિત મોડ્યુલેશન ઉચ્ચ બેન્ડવિડ્થ માટે પરવાનગી આપે છે. હાલમાં, LTOI મોડ્યુલેટર 110 GHz થી વધુ બેન્ડવિડ્થ સાથે, પ્રતિ લેન 400G પ્રદર્શન પ્રાપ્ત કરવામાં સક્ષમ છે.
③બેન્ડગેપ:૩.૯૩ ઇવી વિરુદ્ધ ૩.૭૮ ઇવી
બંને સામગ્રીમાં પહોળી પારદર્શક બારી છે, જે દૃશ્યમાનથી ઇન્ફ્રારેડ તરંગલંબાઇ સુધીના એપ્લિકેશનોને સપોર્ટ કરે છે, અને સંચાર બેન્ડમાં કોઈ શોષણ થતું નથી.
④બીજા ક્રમનો બિનરેખીય ગુણાંક (d33):રાત્રે 21 વાગ્યા/વી વિરુદ્ધ રાત્રે 27 વાગ્યા/વી
જો સેકન્ડ હાર્મોનિક જનરેશન (SHG), ડિફરન્સ-ફ્રિકવન્સી જનરેશન (DFG), અથવા સમ-ફ્રિકવન્સી જનરેશન (SFG) જેવા બિન-રેખીય એપ્લિકેશનો માટે ઉપયોગમાં લેવાય, તો બે સામગ્રીની રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા એકદમ સમાન હોવી જોઈએ.
◆ LTOI વિરુદ્ધ LNOI નો ખર્ચ લાભ
①વેફર તૈયારી ખર્ચ ઓછો
LNOI ને લેયર સેપરેશન માટે He આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશનની જરૂર પડે છે, જેમાં આયનીકરણ કાર્યક્ષમતા ઓછી હોય છે. તેનાથી વિપરીત, LTOI અલગ કરવા માટે H આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશનનો ઉપયોગ કરે છે, જે SOI ની જેમ જ છે, જેની ડિલેમિનેશન કાર્યક્ષમતા LNOI કરતા 10 ગણી વધારે છે. આના પરિણામે 6-ઇંચના વેફર માટે કિંમતમાં નોંધપાત્ર તફાવત જોવા મળે છે: $300 વિરુદ્ધ $2000, જે 85% ખર્ચ ઘટાડો દર્શાવે છે.
②તે પહેલાથી જ ગ્રાહક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ બજારમાં એકોસ્ટિક ફિલ્ટર્સ માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.(વાર્ષિક 750,000 યુનિટ, સેમસંગ, એપલ, સોની, વગેરે દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાય છે).
◆ LTOI વિરુદ્ધ LNOI ના પ્રદર્શન ફાયદા
①ઓછી સામગ્રી ખામીઓ, નબળી ફોટોરિફ્રેક્ટિવ અસર, વધુ સ્થિરતા
શરૂઆતમાં, LNOI મોડ્યુલેટર ઘણીવાર બાયસ પોઇન્ટ ડ્રિફ્ટ દર્શાવતા હતા, મુખ્યત્વે વેવગાઇડ ઇન્ટરફેસમાં ખામીઓને કારણે ચાર્જ સંચયને કારણે. જો સારવાર ન કરવામાં આવે તો, આ ઉપકરણોને સ્થિર થવામાં એક દિવસ જેટલો સમય લાગી શકે છે. જો કે, આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી હતી, જેમ કે મેટલ ઓક્સાઇડ ક્લેડીંગનો ઉપયોગ, સબસ્ટ્રેટ ધ્રુવીકરણ અને એનેલિંગ, જેના કારણે આ સમસ્યા હવે મોટાભાગે નિયંત્રિત થઈ ગઈ છે.
તેનાથી વિપરીત, LTOI માં ઓછી સામગ્રી ખામીઓ છે, જેના કારણે ડ્રિફ્ટ ઘટનામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. વધારાની પ્રક્રિયા વિના પણ, તેનો કાર્યકારી બિંદુ પ્રમાણમાં સ્થિર રહે છે. EPFL, હાર્વર્ડ અને ઝેજિયાંગ યુનિવર્સિટી દ્વારા સમાન પરિણામોની જાણ કરવામાં આવી છે. જો કે, સરખામણી ઘણીવાર સારવાર ન કરાયેલ LNOI મોડ્યુલેટરનો ઉપયોગ કરે છે, જે સંપૂર્ણપણે વાજબી ન હોઈ શકે; પ્રક્રિયા સાથે, બંને સામગ્રીનું પ્રદર્શન સંભવતઃ સમાન છે. મુખ્ય તફાવત LTOI માં રહેલો છે જેમાં ઓછા વધારાના પ્રક્રિયા પગલાંની જરૂર પડે છે.
②લોઅર બાયરફ્રિંજન્સ: 0.004 વિરુદ્ધ 0.07
લિથિયમ નિયોબેટ (LNOI) ની ઉચ્ચ બાયરફ્રિંજન્સ ક્યારેક પડકારજનક હોઈ શકે છે, ખાસ કરીને કારણ કે વેવગાઇડ બેન્ડ્સ મોડ કપ્લિંગ અને મોડ હાઇબ્રિડાઇઝેશનનું કારણ બની શકે છે. પાતળા LNOI માં, વેવગાઇડમાં બેન્ડ TE પ્રકાશને આંશિક રીતે TM પ્રકાશમાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે, જે ફિલ્ટર્સ જેવા ચોક્કસ નિષ્ક્રિય ઉપકરણોના નિર્માણને જટિલ બનાવે છે.
LTOI સાથે, નીચું બાયરફ્રિંજન્સ આ સમસ્યાને દૂર કરે છે, જે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન નિષ્ક્રિય ઉપકરણો વિકસાવવાનું શક્ય બનાવે છે. EPFL એ નોંધપાત્ર પરિણામો પણ નોંધાવ્યા છે, જેમાં LTOI ના ઓછા બાયરફ્રિંજન્સ અને મોડ-ક્રોસિંગની ગેરહાજરીનો ઉપયોગ કરીને વિશાળ સ્પેક્ટ્રલ શ્રેણીમાં ફ્લેટ ડિસ્પરઝન નિયંત્રણ સાથે અલ્ટ્રા-વાઇડ-સ્પેક્ટ્રમ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક ફ્રીક્વન્સી કોમ્બ જનરેશન પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યું છે. આના પરિણામે 2000 થી વધુ કોમ્બ લાઇન સાથે પ્રભાવશાળી 450 nm કોમ્બ બેન્ડવિડ્થ પ્રાપ્ત થયું, જે લિથિયમ નિયોબેટથી પ્રાપ્ત કરી શકાય તેના કરતા અનેક ગણું મોટું છે. કેર ઓપ્ટિકલ ફ્રીક્વન્સી કોમ્બ્સની તુલનામાં, ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક કોમ્બ્સ થ્રેશોલ્ડ-મુક્ત અને વધુ સ્થિર હોવાનો ફાયદો આપે છે, જોકે તેમને ઉચ્ચ-પાવર માઇક્રોવેવ ઇનપુટની જરૂર હોય છે.
③ઉચ્ચ ઓપ્ટિકલ નુકસાન થ્રેશોલ્ડ
LTOI ની ઓપ્ટિકલ ડેમેજ થ્રેશોલ્ડ LNOI કરતા બમણી છે, જે નોનલાઇનર એપ્લિકેશન્સ (અને સંભવિત ભવિષ્યમાં કોહેરન્ટ પરફેક્ટ એબ્સોર્પ્શન (CPO) એપ્લિકેશન્સ) માં ફાયદો આપે છે. વર્તમાન ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલ પાવર લેવલ લિથિયમ નિયોબેટને નુકસાન પહોંચાડે તેવી શક્યતા નથી.
④લો રમન ઇફેક્ટ
આ નોનલાઇનર એપ્લિકેશન્સને પણ લાગુ પડે છે. લિથિયમ નિયોબેટમાં મજબૂત રામન અસર હોય છે, જે કેર ઓપ્ટિકલ ફ્રીક્વન્સી કોમ્બ એપ્લિકેશનમાં અનિચ્છનીય રામન પ્રકાશ ઉત્પાદન તરફ દોરી શકે છે અને સ્પર્ધા મેળવી શકે છે, જે એક્સ-કટ લિથિયમ નિયોબેટ ઓપ્ટિકલ ફ્રીક્વન્સી કોમ્બ્સને સોલિટોન સ્થિતિ સુધી પહોંચતા અટકાવે છે. LTOI સાથે, ક્રિસ્ટલ ઓરિએન્ટેશન ડિઝાઇન દ્વારા રામન અસરને દબાવી શકાય છે, જે એક્સ-કટ LTOI ને સોલિટોન ઓપ્ટિકલ ફ્રીક્વન્સી કોમ્બ જનરેશન પ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ હાઇ-સ્પીડ મોડ્યુલેટર સાથે સોલિટોન ઓપ્ટિકલ ફ્રીક્વન્સી કોમ્બ્સના મોનોલિથિક એકીકરણને સક્ષમ કરે છે, જે LNOI સાથે પ્રાપ્ત કરી શકાતી નથી.
◆ થિન-ફિલ્મ લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LTOI) નો ઉલ્લેખ પહેલા કેમ ન હતો?
લિથિયમ ટેન્ટાલેટમાં લિથિયમ નિયોબેટ (610°C વિરુદ્ધ 1157°C) કરતા ઓછું ક્યુરી તાપમાન હોય છે. હેટરોઇન્ટિગ્રેશન ટેકનોલોજી (XOI) ના વિકાસ પહેલાં, લિથિયમ નિયોબેટ મોડ્યુલેટર ટાઇટેનિયમ ડિફ્યુઝનનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવતા હતા, જેને 1000°C થી વધુ તાપમાને એનિલિંગની જરૂર પડતી હતી, જેના કારણે LTOI અયોગ્ય બની ગયું હતું. જો કે, આજના મોડ્યુલેટર રચના માટે ઇન્સ્યુલેટર સબસ્ટ્રેટ્સ અને વેવગાઇડ એચિંગનો ઉપયોગ કરવા તરફના પરિવર્તન સાથે, 610°C ક્યુરી તાપમાન પૂરતું છે.
◆ શું થિન-ફિલ્મ લિથિયમ ટેન્ટાલેટ (LTOI) થિન-ફિલ્મ લિથિયમ નિઓબેટ (TFLN) ને બદલશે?
વર્તમાન સંશોધનના આધારે, LTOI નિષ્ક્રિય કામગીરી, સ્થિરતા અને મોટા પાયે ઉત્પાદન ખર્ચમાં ફાયદા પ્રદાન કરે છે, જેમાં કોઈ દેખીતી ખામીઓ નથી. જો કે, LTOI મોડ્યુલેશન કામગીરીમાં લિથિયમ નિયોબેટને વટાવી શકતું નથી, અને LNOI સાથે સ્થિરતા સમસ્યાઓના ઉકેલો જાણીતા છે. કોમ્યુનિકેશન DR મોડ્યુલ્સ માટે, નિષ્ક્રિય ઘટકોની માંગ ઓછી છે (અને જો જરૂરી હોય તો સિલિકોન નાઇટ્રાઇડનો ઉપયોગ કરી શકાય છે). વધુમાં, વેફર-લેવલ એચિંગ પ્રક્રિયાઓ, હેટરોઇન્ટિગ્રેશન તકનીકો અને વિશ્વસનીયતા પરીક્ષણને ફરીથી સ્થાપિત કરવા માટે નવા રોકાણોની જરૂર છે (લિથિયમ નિયોબેટ એચિંગમાં મુશ્કેલી વેવગાઇડ નહીં પરંતુ ઉચ્ચ-ઉપજ વેફર-લેવલ એચિંગ પ્રાપ્ત કરવી હતી). તેથી, લિથિયમ નિયોબેટની સ્થાપિત સ્થિતિ સાથે સ્પર્ધા કરવા માટે, LTOI ને વધુ ફાયદાઓ શોધવાની જરૂર પડી શકે છે. જોકે, શૈક્ષણિક રીતે, LTOI ઓક્ટેવ-સ્પેનિંગ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક કોમ્બ્સ, PPLT, સોલિટોન અને AWG વેવલેન્થ ડિવિઝન ડિવાઇસ અને એરે મોડ્યુલેટર જેવી સંકલિત ઓન-ચિપ સિસ્ટમ્સ માટે નોંધપાત્ર સંશોધન સંભાવના પ્રદાન કરે છે.
પોસ્ટ સમય: નવેમ્બર-૦૮-૨૦૨૪