Während sich 5G in Richtung 6G entwickelt, die Nachfrage nach KI-Computing exponentiell wächst und AR-Brillen vom Konzept zur Massenproduktion übergehen, verändert eine ruhige Materialrevolution die Photonische Chipindustrie. At the center of this transformation stands Thin-Film Lithium Niobate (TFLN/LNOI) — a breakthrough material that connects trillion-dollar markets including optical communications and consumer electronics.

Mit einer starken industriellen Dynamik und einem starken Produktionsumfang führen chinesische Unternehmen jetzt dieses kritische globale Rennen.

1Von Lithiumniobat zur Innovationstechnologie für Dünnschichten: Eine neu erfundene Materialplattform

In der integrierten Photonik wird Lithiumniobat (LiNbO3Als klassisches ferroelektrisches Einzelkristall-Oxid vereint es in einem Kristallsystem einzigartig mehrere physikalische Effekte:

• Ausgezeichnete optische Transparenz

• Starke elektrooptische Wirkung

• Piezoelektrische Eigenschaften

• Akustisch-optische Interaktion

• Fotoelastische und fotorefraktive Wirkungen

Diese seltene Kombination macht Lithiumniobat zu einer echten "multi-funktionalen Plattform" für elektrooptische, akustisch-optische und nichtlineare optische Geräte.

Das herkömmliche Lithium-Niobat-Bulk hat jedoch einen schwachen Brechungsindex-Kontrast, der die optische Einschränkung und die großflächige Integration einschränkt.Geräte bleiben häufig in der Millimeter- bis Zentimeter-Skala unvereinbar mit modernen Anforderungen an die Dichte von Photonischen Chips.

Der Durchbruch der Dünnschicht

Der Lithiumniobat aus Dünnschicht (TFLN), auch Lithiumniobat auf Isolator (LNOI) genannt, verändert diese Landschaft.

Durch Bindung einer submikronen Lithiumniobatschicht an einen Isolator mit niedrigem Brechungsindex (typischerweise SiO2) auf einem Substrat entsteht eine Struktur, die dem SOI (Silicon-on-Insulator) ähnelt:

Geräteschicht Unterlage

Diese "Dünnfilmrevolution" bietet zwei große Vorteile:

1. Hohe optische Einschränkungmit einem hohen LiNbO3·SiO2 Brechungsindex, der:

   • Wellenführer im Nanophotonischen Maßstab

   • Kleinere Biegeradien

   • Dramatisch höhere Integrationsdichte

2. CMOS-kompatible skalierbare Fertigung, so dass Lithiumniobat mit ausgereiften Halbleiter-Photonenplattformen integriert werden kann.

Kurz gesagt, TFLN bewahrt die leistungsfähigen Materialeigenschaften von Lithiumniobat und löst gleichzeitig seine Größen- und Integrationsbeschränkungen, wodurch es zu einem idealen Material für photonische Chips der nächsten Generation wird.

2Drei Wachstumsfaktoren: 6G, KI-Computing und AR-Smart Glasses

Der rasante Anstieg der TFLN ist eng mit drei zusammenhängenden Megatrends verbunden:

• 5G → 6G-Kommunikationsupgrades

• Explosive Nachfrage nach KI-Rechenzentren

• Massenangabe von AR-Smart-Brillen

Da die Produktion von Wafern mit großem Durchmesser und die Verarbeitung von Dünnschichten reifen, nimmt die Nachfrage nach optischer Kommunikation, HF-Geräten und Unterhaltungselektronik zu.

Nach Angaben der Industrie macht China etwa 42% der weltweiten Lithium-Niobat-Kapazität aus.die Schaffung starker Vorteile in den wichtigsten Produktionssegmenten.

Unternehmen wie:

• NANOLN

• TDK Corporation

• Sumitomo Metallbergbau

die Wettbewerbslandschaft bei der Lieferung von Dünnschicht-Lithiumniobat-Wafer und bei der Innovation von Geräten aktiv prägen.

3Zwei stark wachsende Märkte: AR-Brillen und optische Kommunikation

(1) AR-Brillen: Ermöglichung der nächsten Personal Computing-Plattform

AR-Brillen gelten weithin als die nächste Generation von Personal Computing-Geräten.

Ultraschnelle elektrooptische Modulatoren

In AR-Systemen wird TFLN in Farblasersteuerungsmodulen (optische Modulatoren) verwendet, die folgende Leistungen liefern:

• < 100 ps elektrooptische Reaktion

• 10x schneller Farbwechsel

• Native Unterstützung für 4K+ hochauflösendes Video

Traditionelle Lithium-Niobat-Modulatoren arbeiten mit Nanosekunden-Levels, während Silizium-Modulatoren mit Breitband-Hochgeschwindigkeitsleistung zu kämpfen haben.TFLN bietet den Leistungssprung für Premium-AR-Displays.

Fortgeschrittene optische Wellenführer

Die TFLN-Wellenleitungen bieten außerdem:

• Sichtfeld (FOV) > 50° (gegenüber 30°/40° bei Glaswellenleitern)

• Ultra-niedriger optischer Verlust (≈0,027 dB/cm bei 1550 nm)

• Gerätedicke < 0,3 mm

Diese Vorteile ermöglichen leichtere, dünnere und hellere AR-Brillen – wesentlich für die Einführung durch die Verbraucher.

Da sich die weltweiten AR-Lieferungen beschleunigen, wird sich die Materialnachfrage nach leistungsstarken Modulatoren und Wellenleitern rasant ausweiten.

(2) Optische Kommunikation: Überwindung des 800G / 1.6T-Flaschenhalses

Angetrieben von KI-Rechenzentren und Cloud-Infrastruktur wechselt die Optikmodulindustrie von 400G/800G hin zu 1.6T und darüber hinaus.

Bei diesen Geschwindigkeiten werden elektrooptische Modulatoren zum Engpass des Systems.

TFLN bietet entscheidende Vorteile:

• Bandbreite > 100 GHz

• Niedrige Halbwellenspannung (Vπ ≈ 1,9 V)

• Hohe Linearitätfür erweiterte Modulationsformate (z. B. 80 Gboud 16-QAM)

• Stabile Unterstützung für 400 Gbps pro Wellenlänge und darüber hinaus

Im Vergleich zu Siliziumphotoniklösungen zeigt TFLN:

• Höhere Bandbreitenobergrenze

• Niedrigerer Stromverbrauch (~ 11 W vs. 13 ‰ 14 W in 800G-Modulen)

• Reduzierte Belastung durch thermisches Management

• Niedrigere Gesamtbetriebskosten in großem Umfang

Diese Eigenschaften positionieren TFLN als führenden Kandidaten für 1.6T- und zukünftige 3.2T-optische Architekturen.

4- Materialvergleich: Warum TFLN führend ist

Lithiumniobat mit dünnfilmigem Füllstoff kombiniert:

• Hohe elektrooptische Effizienz

• Ultra-hohe Bandbreite

• Skalierbare Waferverarbeitung

• Zuverlässige Massenproduktion

Nur wenige konkurrierende Materialien erreichen dieses Gleichgewicht gleichzeitig.

5Wettbewerbslandschaft: Globale Akteure und der Aufstieg Chinas

Chinesische Führer

NANOLN
Ein Pionier in der Herstellung von Lithiumniobat-Dünnfolie-Wafern mit großem Durchmesser, die eine Massenproduktion erreichen und langjährige internationale technologische Barrieren überwinden.

TDK Corporation
Entwickeltes Lithiumniobat-Dünnschichtwachstum auf Standard-Halbleiterwafern, Erweiterung der Anwendungen in AR/VR-Display-Module.

Internationale Wettbewerber

Sumitomo Metallbergbau
Langjährige Erfahrung in hoch einheitlichen Lithiumniobat-Kristallen und hochwertigen optischen Anwendungen.

Schlussfolgerung: Ein strategisches Material für das Photonische Zeitalter

Der dünnfilmige Lithiumniobat ist mehr als eine schrittweise Verbesserung, er stellt eine strukturelle Verbesserung in der Photonik-Materialwissenschaft dar.

Durch Kombination von:

• Außergewöhnliche elektrooptische Leistung

• Halbleiterkompatible Integration

• Skalierbarkeit auf 800G/1.6T+-optische Module

• Kritische Rollen in AR-Smart-Brillen

TFLN steht an der Schnittstelle von KI-Computing, 6G-Netzwerken und immersiver Unterhaltungselektronik.

Da Photonische Chips die Grundlage für die digitale Wirtschaft werden, entwickelt sich dünnschichtiges Lithiumniobat zum wahren "unsichtbaren Champion", der die nächste Generation optischer Innovationen antreibt.