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Application de l'amplificateur haute tension ATA-7020 à la polarisation périodique à l'échelle de la plaquette du niobate de lithium en couche mince

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Application de l'amplificateur haute tension ATA-7020 à la polarisation périodique à l'échelle de la plaquette du niobate de lithium en couche mince

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Nom de l'expérience：Wafer-Scale Periodic Poling of Thin-Film Lithium Niobate

Orientation de la recherche：circuits intégrés photoniques non linéaires (PIC)

Contenu de l'expérience：Composé d'électrodes positives en forme de peigne et d'électrodes négatives plates, le Cr plus Au d'une épaisseur de 70 nm a été modelé sur la couche mince de Niobate de Lithium

d'une épaisseur de 70 nm a été modelé par photolithographie sur la plaquette LNOI de 600 nm d'épaisseur. Pour permettre une production de masse, les largeurs des peignes ont été modifiées en fonction de la largeur de l'électrode

périodes correspondantes, et les plots ont été regroupés par polarité dans chaque bloc. De cette manière, la structure périodique du domaine dans l'ensemble de la plaquette peut être fabriquée

en appliquant une forme d'onde de tension cohérente avec le moins d'opérations possible. La qualité de la polarité a été confirmée par une caractérisation confocale

la haute qualité du polissage a été confirmée par la caractérisation par microscopie confocale à deuxième harmonique, avec des cycles de service de 50 %, des zones de polissage effectives suffisantes, des parois de domaine minces et une commutation sur toute l'épaisseur du film,

et une uniformité globale le long des axes z et y. En conséquence, les longueurs d'inversion s'étendent de 0,5 à 10,17 mm sur la tranche et une surface maximale de ~1 cm2

peut être polarisée par une seule manipulation avec des périodes allant de 4,38 à 5,51 µm, ce qui convient aux applications potentielles du χ(2) dans les bandes de télécommunication.

En zoomant sur l'ensemble de la plaquette, nous avons obtenu des résultats de polissage uniformes et de haute fidélité avec un taux de réussite de 100 % et un taux moyen de 98 % de haute qualité

sur l'ensemble des 21 blocs. Cette approche révolutionnaire est non seulement plus performante que les preuves de concept traditionnelles à l'échelle de la puce, mais elle ouvre également la voie à l'utilisation en masse de la technologie de polissage à l'échelle de la puce

elle ouvre également la voie à la fabrication en masse de dispositifs PPLNOI, marquant ainsi une avancée significative vers la production à l'échelle industrielle. Notre méthode, prête à être appliquée dans une multitude de domaines de la recherche et de l'enseignement

non linéaires pour les PIC complexes multifonctionnels, représente une avancée substantielle dans le domaine, offrant une solution évolutive et efficace au problème de la production industrielle

aux défis auxquels étaient confrontés les chercheurs et les fabricants.

Équipement de test：ATA-7020 Amplificateur haute tension, générateur de forme d'onde, oscilloscope.

Processus expérimental：

La plaquette avec la couche d'électrode a été connectée au circuit illustré à la figure 1a par une paire de sondes. Afin d'éviter la rupture de l'air causée par l'intensité élevée du champ électrique, une fine couche d'huile de silicone a été déposée sur la surface de l'électrode avant la polarisation. L'amplificateur de tension (Aigtek ATA-7020) amplifie l'impulsion prédéfinie générée par le générateur de formes d'ondes arbitraires (AWG) (Rigol DG4062) en tant qu'entrée du circuit. Nous avons contrôlé le signal d'impulsion amplifié et le courant de polissage comme rétroaction en temps réel à l'aide d'un oscilloscope (Tektronix TDS 2024C). Une résistance haute tension et une diode ont été connectées en série dans la boucle pour protéger le circuit contre les courants élevés et les retours d'eau.

Polarité périodique à l'échelle de la plaquette du niobate de lithium en couche mince

Figure 1. (a) Schéma de la configuration du circuit pour le polissage par champ électrique du LNOI. (b) Image typique d'un microscope confocal avec une électrode et des structures de domaine polies avec un ensemble typique de paramètres de polissage. Les flèches représentent la polarisation spontanée Ps dans chaque domaine. L'image de 2 µm

sont annotées.

Résultat de l'expérience：nous avons conçu et présenté un traitement de polarisation périodique de haute qualité adapté à la plateforme PPLNOI à l'échelle de la plaquette. En nous appuyant sur les principes de la commutation de domaines ferroélectriques, nous avons optimisé la forme des impulsions de polissage et les temps de répétition pour un polissage de haute qualité, garantissant des cycles de service de 50 % avec des zones de polissage effectives suffisantes, des parois de domaine minces, une inversion sur toute l'épaisseur du film et une uniformité globale le long des axes z et y. La largeur des lignes de peigne est méticuleusement ajustée pour être compatible avec les périodes de polissage, et les électrodes sont placées à l'intérieur d'une zone de polissage

correspondant à des longueurs d'intervalle de polissage similaires, sont stratégiquement regroupés pour faciliter une commutation de domaine à haut débit et de haute qualité.

Grâce à une conception minutieuse des électrodes et à l'optimisation des paramètres, les longueurs d'inversion s'étendent de 0,5 à 10,17 mm et une surface maximale de ~1 cm2 peut être polie en une seule opération. La performance de polissage uniforme et de haute qualité qui en résulte, avec une plage de périodes de 4,38 à 5,51 µm, présente un taux de réussite de 100 % et un taux de haute qualité de 98 % en moyenne.

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