Lithiumniobat (LiNbO₃) Substrate
Optisch geprüfte LiNbO₃-Wafer mit <strong>optik-grade CMP</strong> für <strong>EO-Modulatoren</strong>, SAW/BAW-Filter sowie die Fertigung von PPLN/TFLN-Wellenleitern. Erhältlich in 3″–6″ Durchmessern mit passenden Orientierungen und Dickenoptionen. Wichtige elektrooptische Kennzahl: <strong>r₃₃ = 30.8 pm/V</strong>.
Produktübersicht
GINECHIP bietet Lithium-Niobat-(LiNbO₃)-Substrate in kongruenter Zusammensetzung (CLN), stöchiometrischer Zusammensetzung (SLN) und mit MgO-Dotierung (5mol%) in 3″ (76.2mm), 4″ (100mm) und 6″ (150mm). Wählen Sie X/Y/Z-Schnitte sowie Orientierungen 128° Y-X und 64° Y-X passend zu Ihrem Prozess und Ihrem Gerätedesign; Single-Domain-poled Substrate sind ebenfalls verfügbar.
Für die Oberflächen sind SSP, DSP sowie Optical-grade CMP mit Ra < 0,5nm verfügbar. Die Dicken liegen bei 300μm / 500μm / 1000μm; die Verpackung ist für eine hochreproduzierbare Fertigung in Class 100-Reinheitsbedingungen ausgelegt.
PPLN-fähige Single-Domain-poled Substrate mit Perioden-Poling-Option – zusätzlich eine blackened-Variante für EO-Modulatoren.
Materialqualitäten & photorefraktives Verhalten
CLN, SLN und MgO-dotiertes (5mol%) LiNbO₃ unterscheiden sich in der Li/Nb-Stöchiometrie sowie im Defekt-/Ladungsverhalten, das aus dem Czochralski-Wachstumsprozess resultiert. Diese Unterschiede wirken sich direkt auf die photorefraktive Empfindlichkeit und die Langzeitstabilität aus. Wählen Sie die für Ihr optisches Leistungsniveau und Ihren Wellenlängenbereich passendste Qualität.
Photorefraktiver Schadensschwellenwert: Standard-CLN kann bei sichtbarer Beleuchtung schon bei ~kW/cm² verformen. MgO-Dotierung erhöht den Schwellenwert auf > MW/cm² und ermöglicht Hochleistung im sichtbaren und nahen Infrarot (z. B. frequenzverdoppelte Green-Laser und OPOs).
Wichtige physikalische Eigenschaften
Elektrooptische Koeffizienten: r₃₃ = 30,8 pm/V und r₁₃ = 8,6 pm/V. Piezoelektrische Kopplung: k² = 5,5% bei 128° Y-X für SAW.
Brechungsindizes: nₒ = 2,286 und nₑ = 2,203 @ 633nm. Dielektrizitätskonstanten: ε₃₃ = 28, ε₁₁ = 84. Curie-Temperatur: 1,142°C (kongruent) / 1,200°C (stöchiometrisch).
Periodisches Poling für PPLN-Anwendungen
Durch periodisches Poling mit elektrischem Feld entstehen abwechselnde Ferroelektrikum-Domänen-Gitter im Mikrometerbereich, die quasi-Phasenanpassung (QPM) für eine effiziente nichtlineare Konversion ermöglichen. PPLN-Substrate unterstützen SHG, SFG/DFG, OPO und SPDC über den gesamten Bereich von sichtbarem bis mittlerem IR (350nm–5,500nm). Es werden ein domain-polierter (single-domain) Zustand sowie verfügbare periodische Poling-Optionen angeboten, um die gewünschte Umwandlungsleistung zu erreichen.
Management von fotorefraktiven Schäden: Standard-CLN bewältigt moderate optische Leistungen, während MgO-dopierte (5mol%) Qualitäten die Schadensschwelle über > MW/cm² hinaus anheben – die richtige Wahl für hochleistungliches sichtbares und nahes IR SHG, bei dem fotorefraktive Verzerrungen vermieden werden müssen. Wir unterstützen Sie bei der Auswahl der passenden Qualität für Ihr Leistungsniveau.
Kundenspezifische Ausführung & Bestelloptionen
Zur kundenspezifischen Ausführung gehört auch die Option blackened (chemisch reduziert) zur verbesserten Ladungsableitung in EO-Modulatoren. Wählen Sie die gewünschten Qualitäten (CLN/SLN/MgO-dopiert 5mol%), Schnitte/Orientierungen (z. B. 128° Y-X, 64° Y-X sowie X/Y/Z-Schnitte) sowie die Substratdicke (300/500/1000μm) und den Durchmesser (3″ (76.2mm), 4″ (100mm), 6″ (150mm)), um Ihr Gerätekonzept optimal abzubilden.
Qualität & Lieferung werden durch eine umfassende Verifizierung jeder Charge abgesichert: XRC FWHM, optische Spektrophotometrie, Prism-Coupling-Refraktometrie (nₒ/nₑ ±0.001), SHG-Mapping, AFM, Domain-Etching, Bestimmung der Curie-Temperatur sowie Messung des EO-Koeffizienten (einschließlich r₃₃). Die Verpackung erfolgt vakuumversiegelt unter Class 100 Bedingungen, um die Oberflächenqualität bis zur Auslieferung zu schützen.
LiNbO₃ vs. LiTaO₃: wichtigste Unterschiede
Die Wahl zwischen LiNbO₃ und LiTaO₃ hängt von Ihrer Zielanforderung ab. <strong>LiNbO₃</strong> ist ideal für die Elektrooptik, die nichtlineare Frequenzumwandlung und für hochgekoppelte SAW-Anwendungen. <strong>LiTaO₃</strong> wird bevorzugt für temperaturstabile 5G SAW-Filter und für die pyroelektrische Detektion. Beide Substrate sind von GINECHIP erhältlich.
Lithiumniobat (LiNbO₃)
LiNbO₃ überzeugt mit dem höchsten elektrooptischen Koeffizienten r₃₃ = 30.8 pm/V und eignet sich damit hervorragend für Modulatoren. Die ausgeprägte Nichtlinearität ermöglicht effiziente PPLN-Frequenzumwandlung; zusätzlich unterstützt die hohe SAW-Kopplung k² = 5.5% bei 128° Y-X leistungsstarke SAW-Bauteile. Ideal für Elektrooptik, nichtlineare Optik und SAW.
Lithiumtantalat (LiTaO₃)
LiTaO₃ punktet mit einem temperaturstabilen 42°-Y-X-Schnitt für 5G-SAW-Filter; der TCF ~ -35 ppm/°C hilft, die Leistung über den Temperaturbereich hinweg konstant zu halten. Außerdem bietet es eine starke pyroelektrische Ansprechcharakteristik (2.3 × 10⁻⁸ C/cm²·K) für die IR-Erfassung. Ideal für temperaturkritische SAW- und pyroelektrische Sensoren.
Technische Spezifikationen
| Parameter | Spezifikation / Werte |
|---|---|
| Material | Congruent LiNbO₃ (CLN), Stoichiometric LiNbO₃ (SLN), MgO-doped (5mol%) |
| Durchmesser | 3″ (76.2mm), 4″ (100mm), 6″ (150mm) |
| Kristallorientierung | X-cut, Y-cut, Z-cut, 128° Y-X, 64° Y-X |
| Dicke | 300μm, 500μm, 1000μm standard |
| Oberflächenpolitur | SSP, DSP, Optical-grade CMP, Ra < 0.5nm |
| Elektrooptischer Koeffizient | r₃₃ = 30.8 pm/V, r₁₃ = 8.6 pm/V |
| Piezoelektrische Kopplung | k² = 5.5% (128° Y-X for SAW) |
| Brechungsindex | nₒ = 2.286, nₑ = 2.203 @ 633nm |
| Curie-Temperatur | 1,142°C (congruent), 1,200°C (stoichiometric) |
| Dielektrizitätskonstante | ε₃₃ = 28, ε₁₁ = 84 |
| Domänenstruktur | Single-domain poled, periodic poling available |
| Geschwärzte Option | Chemical reduction for charge dissipation in EO modulators |
| Optische Transmission | 350nm–5,500nm |
| Verpackung | Conductive or standard, vacuum-sealed, Class 100 |
Anwendungen
Elektrooptische Modulatoren
Elektrooptische Modulatoren auf Lithiumniobat sind das Rückgrat der globalen Glasfaser-Telekommunikationsnetze. Unter Nutzung des linearen elektrooptischen (Pockels-)Effekts über den r₃₃-Koeffizienten (30,8 pm/V) kodieren LiNbO₃-Mach-Zehnder-Interferometer Datenströme mit 100+ Gbps auf Laserwellenträger mit einer Bandbreite von über 40 GHz. Dünnschicht-Lithiumniobat-(TFLN-)Plattformen auf Isolator treiben Modulationsbandbreiten über 100 GHz für Datenzentrum-Interconnects der nächsten Generation.
SAW- und BAW-Filter
LiNbO₃ mit 128°-Y-X-Schnitt bietet den hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (k² = 5,5%) und den moderaten Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF), die für Oberflächenwellenfilter in 4G/5G-RF-Frontend-Modulen erforderlich sind. LiNbO₃-SAW-Filter decken Frequenzbänder von 700 MHz bis 2,7 GHz mit steilem Roll-off und niedriger Einfügedämpfung ab und ermöglichen den gleichzeitigen Multibandbetrieb in modernen Smartphones.
Periodisch gepoltes LiNbO₃ (PPLN)
Periodische Elektrofeldpolung invertiert die ferroelektrische Domänenorientierung in abwechselnden mikrometergroßen Gittern und erzeugt eine quasi-phasenangepasste (QPM) Struktur für effiziente nichtlineare Frequenzkonversion. PPLN ermöglicht Frequenzverdopplung (SHG), Summen-/Differenzfrequenzerzeugung (SFG/DFG), optisch-parametrische Oszillation (OPO) und spontane parametrische Abwärtskonversion (SPDC) über das Spektrum vom sichtbaren bis zum mittleren IR (350nm–5.500nm).
Quantenphotonik
LiNbO₃ ist eine aufstrebende Plattform für integrierte Quantenphotonik. Periodisch gepolte Wellenleiter erzeugen verschränkte Photonenpaare mittels SPDC mit hoher Helligkeit und spektraler Reinheit. Der elektrooptische Effekt ermöglicht schnelles (GHz-)Schalten und Rekonfigurieren von Quantenschaltkreisen — unerlässlich für Quantenschlüsselverteilung (QKD), Boson-Sampling und lineare optische Quantencomputing-Architekturen.
Integrierte Photonik (TFLN)
Dünnschicht-Lithiumniobat auf Isolator (LNOI) — gebildet durch Ionenschnitzen (Smart-Cut) von einkristallinem LiNbO₃ auf ein SiO₂/Si-Substrat — ermöglicht Submikron-Optikwellenleiter mit sehr hohem Brechungsindexkontrast (Δn ≈ 0,7). TFLN-Plattformen liefern EO-Modulationsbandbreiten über 100 GHz, um Größenordnungen höhere χ²-nichtlineare Konversionseffizienzen als Bulk und vollständige photonische Schaltungsintegration auf Chipmaßstab.
Forschung zur nichtlinearen Optik
LiNbO₃'s exceptionally high second-order nonlinear susceptibility (d₃₃ ≈ 27 pm/V), wide transparency window, and availability in large optical-grade single crystals make it the preferred medium for university and industrial R&D in nonlinear optics, ultrafast optics, terahertz generation via optical rectification, and photorefractive holography.
Messtechnik & Qualitätskontrolle
Jede Charge wird mit X-ray-Rocking-Curve (FWHM < 30 arcsec), optischer Spektrophotometrie (Transmission 350nm–5,500nm, > 65%), Prismen-Kopplungs-Reflektometrie (± 0.001), SHG-Mapping, AFM-Oberflächenrauheit (Ra < 0.5nm), Domänen-Ätzprüfung, Messung der Curie-Temperatur sowie Verifikation des elektrooptischen Koeffizienten (r₃₃ > 28 pm/V) verifiziert. So wird eine gleichbleibende Leistung der beschichteten Substrate für EO-, Nichtlinearoptik- und SAW-Anwendungen sichergestellt.
Starten Sie heute
Sprechen Sie mit GINECHIP, um LiNbO₃-Substrate zu beschaffen, die zu Ihren Anforderungen in EO, SAW oder nichtlinearer Optik passen — mit kundenspezifischen Schnitten, Dotierung und Polarisation. Wir unterstützen Sie bei der Umsetzung Ihrer Vorgaben vom Material-Setup bis zu verifizierten Messtechnik-Ergebnissen.