Õhuke kile liitium -niobaat (LN) fotodetektor

Õhuke kile liitium -niobaat (LN) fotodetektor

Liitium-niobaadil (LN) on ainulaadne kristallstruktuur ja rikkalik füüsikalised efektid, näiteks mittelineaarsed mõjud, elektrooptilised toimed, püroelektrilised toimed ja piesoelektrilised efektid. Samal ajal on sellel lairiba optilise läbipaistvuse akna eelised ja pikaajaline stabiilsus. Need omadused muudavad LN -i uue põlvkonna integreeritud footonika jaoks oluliseks platvormi. Optilistes seadmetes ja optoelektroonilistes süsteemides võivad LN omadused pakkuda rikkalikke funktsioone ja jõudlust, edendades optilise kommunikatsiooni, optilise arvutamise ja optiliste sensoride väljade arengut. Liitium -niobaadi nõrkade imendumise ja isolatsiooni omaduste tõttu seisab liitium -niobaadi integreeritud kasutamine endiselt keerulise tuvastamise probleemiga. Viimastel aastatel hõlmavad selle valdkonna aruanded peamiselt Waveguide integreeritud fotodetektoreid ja heterojunktuuri fotodetektoreid.
Liitium-niobaadil põhinev lainejuhi integreeritud fotodetektor on tavaliselt keskendunud optilisele kommunikatsioonile C-ribale (1525-1565NM). Funktsioonide osas mängib LN peamiselt juhendatud lainete rolli, samas kui optoelektrooniline tuvastusfunktsioon tugineb peamiselt pooljuhtidele nagu räni, III-V rühm kitsad ribalaua pooljuhid ja kahemõõtmelised materjalid. Sellises arhitektuuris edastatakse valgus liitium -niobaadi optiliste lainejuhtide kaudu madala kaduga ja neelavad seejärel muud pooljuhtide materjalid, mis põhinevad fotoelektrilistel efektidel (näiteks fotojuhtivus või fotogalvaanilised efektid), et suurendada kandja kontsentratsiooni ja teisendada see väljundiks elektrilisteks signaalideks. Eelised on kõrge töö ribalaius (~ GHz), madal tööpinge, väike suurus ja ühilduvus fotoonilise kiibi integreerimisega. Litium -niobaadi ja pooljuhtide materjalide ruumilise eraldamise tõttu, ehkki nad täidavad mõlemad oma funktsioone, mängib LN ainult rolli lainete juhendamisel ja muid suurepäraseid võõraid omadusi ei ole hästi kasutatud. Pooljuhtide materjalid mängivad rolli ainult fotoelektrilise muundamise korral ja neil puuduvad üksteisega täiendava sidumise, mille tulemuseks on suhteliselt piiratud tööriba. Konkreetse rakendamise osas põhjustab valguse sidumine valgusallikast liitium -niobaadi optilise lainejuhiga olulisi kaotusi ja rangeid protsessinõudeid. Lisaks on sidumispiirkonnas pooljuhtide seadme kanalile kiirgatud valguse tegelikku optilist võimsust keeruline kalibreerida, mis piirab selle tuvastamise jõudlust.
TraditsioonilinefotodetektoridKujutise rakenduste jaoks kasutatud põhineb tavaliselt pooljuhtmaterjalidel. Seetõttu muudavad liitium -niobaadi jaoks selle madala valguse neeldumise kiirus ja isoleerivad omadused seda kahtlemata fotodetektorite uurijate poolt ja isegi keeruliseks valdkonnas. Kuid heterojunktsioonide arendamine viimastel aastatel on toonud lootust liitium -niobaadil põhinevate fotodetektorite uurimisele. Muud tugeva valguse neeldumise või suurepärase juhtivusega materjalid saab selle puuduste kompenseerimiseks heterogeenselt integreerida liitium -niobaadiga. Samal ajal saab spontaanse polarisatsiooni indutseeritud liitium -niobaadi püroelektrilisi omadusi selle struktuurilise anisotroopia tõttu kontrollida, muutes valguse kiiritamise korral kuumutamiseks, muutes sellega optoelektrooniliseks tuvastamiseks püroelektrilisi karakteristikuid. Sellel termilisel efektil on lairiba- ja isejuhtimise eelised ning seda saab hästi täiendada ja sulatada muude materjalidega. Termiliste ja fotoelektriliste efektide sünkroonne kasutamine on avanud liitium -niobaadil põhinevate fotodetektorite jaoks uue ajastu, võimaldades seadmetel ühendada mõlema efekti eelised. Ja puuduste korvamiseks ja eeliste täiendava integreerimise saavutamiseks on see viimastel aastatel uurimistöö leviala. Lisaks on hea valik ioonide implanteerimise, ribade inseneri ja defektide inseneri kasutamine liitium -niobaadi tuvastamise raskuste lahendamiseks. Liitium -niobaadi kõrge töötlemisraskuse tõttu seisab see valdkond endiselt silmitsi suurte väljakutsetega nagu madal integratsioon, massiivi pildistamise seadmed ja süsteemid ning ebapiisav jõudlus, millel on suur uurimistöö väärtus ja ruum.

Joonis 1, kasutades LN -ribalaua defektide energiaseisundeid elektronide doonorikeskustena, genereeritakse juhtivusribas nähtava valguse ergutuse all tasuta laadimiskandjad. Võrreldes varasemate püroelektriliste LN fotodetektoritega, mis piirdusid tavaliselt reageerimiskiirusega umbes 100HzLn fotodetektoron kiirem reageerimiskiirus kuni 10 kHz. Samal ajal demonstreeriti selles töös, et magneesiumiioonide legeeritud LN võib saavutada välise valguse modulatsiooni kuni 10 kHz vastusega. See töö edendab suure jõudluse ja suure jõudlusega uurimistöödKiire LN PhotoDetectorsTäielikult funktsionaalse ühekiibiga integreeritud LN fotooniliste laastude ehitamisel.
Kokkuvõtlikult uurimisvaldkondÕhuke kile liitium -niobaadi fotodetektoridon oluline teaduslik tähtsus ja tohutu praktiline rakendamise potentsiaal. Tulevikus arenevad tehnoloogia arendamise ja uurimistöö süvenemisega õhukese kile liitium -niobaadi (LN) fotodetektorid suurema integratsiooni poole. Erinevate integreerimismeetodite ühendamine suure jõudluse, kiire reageerimise ja lairiba õhukese kile liitium-niobaadi fotodetektorite saavutamiseks kõigis aspektides saab reaalsuseks, mis edendab oluliselt kiibide integreerimise ja intelligentsete andurite väljade arengut ning pakub rohkem võimalusi Uue põlvkonna fotoonikarakendused.