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Applicazione dell'amplificatore ad alta tensione ATA-7020 nella polarizzazione periodica su scala wafer del niobato di litio a film sottile

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Applicazione dell'amplificatore ad alta tensione ATA-7020 nella polarizzazione periodica su scala wafer del niobato di litio a film sottile

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Nome dell'esperimento: poling periodico su scala di wafer di niobato di litio a film sottile

Direzione di ricerca：circuiti integrati fotonici non lineari (PIC)

Contenuto dell'esperimento：Composto da elettrodi positivi a pettine ed elettrodi negativi piatti, uno spessore di 70 nm di Cr più Au è stato modellato sul film di litio niobato

600 nm di spessore su wafer LNOI tagliato a x con la fotolitografia. Essendo adattabile alla produzione di massa, le larghezze del pettine sono state variate con i corrispondenti elettrodi negativi

e i pad sono stati raggruppati per polarità all'interno di ciascun blocco. In questo modo, è possibile fabbricare la struttura periodica del dominio nell'intero wafer

applicando una forma d'onda di tensione coerente con il minor numero possibile di operazioni. L'alta qualità della poling è stata confermata dalla caratterizzazione mediante confocal

microscopia a seconda armonica, mostrando cicli di lavoro del 50%, aree di poling efficaci sufficienti, pareti di dominio sottili, commutazione su tutto lo spessore del film,

e uniformità complessiva lungo gli assi z e y. Di conseguenza, le lunghezze di inversione vanno da 0,5 a 10,17 mm su tutto il wafer e un'area massima di ~1 cm2

può essere polarizzata con una singola manipolazione con periodi che vanno da 4,38 a 5,51 µm, adatti per potenziali applicazioni χ(2) nelle bande di telecomunicazione.

Ingrandendo l'intero wafer, abbiamo ottenuto risultati di poling uniformi e ad alta fedeltà con un tasso di successo del 100% e un tasso medio di alta qualità del 98%

su tutti i 21 blocchi. Questo approccio innovativo non solo supera le tradizionali prove di concetto su scala di chip, ma apre anche la strada alla realizzazione di applicazioni di massa

produzione di massa di dispositivi PPLNOI, segnando un salto significativo verso la produzione su scala industriale. Il nostro metodo, pronto per essere applicato in una moltitudine di

processi non lineari per PIC complessi e multifunzionali, rappresenta un progresso sostanziale nel settore, offrendo una soluzione scalabile ed efficiente alla

sfide affrontate in precedenza da ricercatori e produttori.

Apparecchiature di prova：ATA-7020 Amplificatore ad alta tensione, generatore di forme d'onda, oscilloscopio.

Processo sperimentale：Processo sperimentale

Il wafer con lo strato di elettrodi è stato collegato al circuito mostrato nella Figura 1a da una coppia di sonde. Per evitare la rottura dell'aria causata dall'elevata intensità del campo elettrico, prima della poling è stato fatto cadere un sottile strato di olio di silicone sulla superficie dell'elettrodo. L'amplificatore di tensione (Aigtek ATA-7020) amplifica l'impulso preimpostato generato dal generatore di forme d'onda arbitrarie (AWG) (Rigol DG4062) come ingresso del circuito. Abbiamo monitorato in tempo reale con un oscilloscopio (Tektronix TDS 2024C) sia il segnale d'impulso amplificato sia la corrente di poling come feedback. Un resistore ad alta tensione e un diodo sono stati collegati in serie nel loop per proteggere il circuito da correnti elevate e riflussi.

Poling periodico su scala wafer di niobato di litio a film sottile

Figura 1. (a) Il diagramma schematico della configurazione del circuito per la polarizzazione in campo elettrico di LNOI. (b) Una tipica immagine al microscopio confocale con l'elettrodo e le strutture di dominio polarizzate con un tipico set di parametri di poling. Le frecce rappresentano la polarizzazione spontanea Ps in ciascun dominio. I 2 µm

sono annotate le barre in scala di 2 µm.

Risultato dell'esperimento: abbiamo progettato e mostrato un processo di polarizzazione periodica di alta qualità su misura per la piattaforma PPLNOI su scala wafer. Sfruttando i principi della commutazione del dominio ferroelettrico, abbiamo ottimizzato la forma dell'impulso di poling e i tempi di ripetizione per una poling di alta qualità, garantendo cicli di lavoro del 50% con aree di poling effettive sufficienti, pareti di dominio sottili, inversione su tutto lo spessore del film e uniformità complessiva lungo gli assi z e y. Le larghezze delle linee di pettine sono regolate meticolosamente per essere compatibili con i periodi di poling e le piazzole degli elettrodi all'interno di una

all'interno di un blocco, che corrispondono a intervalli di poling di lunghezza simile, sono raggruppati strategicamente per facilitare una commutazione di dominio ad alta velocità e di alta qualità.

Grazie a un'attenta progettazione degli elettrodi e all'ottimizzazione dei parametri, le lunghezze di inversione vanno da 0,5 a 10,17 mm e un'area massima di ~1 cm2 può essere polarizzata con una sola operazione. Le prestazioni di poling uniformi e di alta qualità che ne derivano, con un intervallo di periodo da 4,38 a 5,51 µm, dimostrano un tasso di successo del 100% e un tasso di alta qualità del 98% in media.

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