Filmi i hollë Lithium Niobate (LN) Photodetector

Filmi i hollë Lithium Niobate (LN) Photodetector

Lithium niobate (LN) ka një strukturë unike kristali dhe efekte të pasura fizike, siç janë efektet jolineare, efektet elektro-optike, efektet piroelektrike dhe efektet piezoelektrike. Në të njëjtën kohë, ajo ka avantazhet e dritares së transparencës optike të brezit të gjerë dhe stabilitetit afatgjatë. Këto karakteristika e bëjnë LN një platformë të rëndësishme për gjeneratën e re të fotonikës së integruar. Në pajisjet optike dhe sistemet optoelektronike, karakteristikat e LN mund të sigurojnë funksione dhe performancë të pasur, duke promovuar zhvillimin e komunikimit optik, informatikën optike dhe fushat e ndjerë optike. Sidoqoftë, për shkak të thithjes së dobët dhe vetive izolimi të litiumit niobate, aplikimi i integruar i litium niobate ende përballet me problemin e zbulimit të vështirë. Vitet e fundit, raportet në këtë fushë kryesisht përfshijnë fotodetektorë të integruar të valës dhe fotodetektorë heterojunction.
Fotodetektori i integruar i valës bazuar në niobate litium zakonisht është përqendruar në bandën e komunikimit optik (1525-1565NM). Për sa i përket funksionit, LN kryesisht luan rolin e valëve të drejtuara, ndërsa funksioni i zbulimit optoelektronik kryesisht mbështetet në gjysmëpërçuesit si silikoni, grupi i ngushtë i bandgapit të ngushtë të grupit III-V, dhe materialet dy-dimensionale. Në një arkitekturë të tillë, drita transmetohet përmes shiritave optikë të litiumit niobate me humbje të ulët, dhe më pas thithet nga materiale të tjera gjysmëpërçuese bazuar në efektet fotelektrike (të tilla si fotokonduktiviteti ose efektet fotovoltaike) për të rritur përqendrimin e bartësit dhe për ta kthyer atë në sinjalet elektrike për dalje. Përparësitë janë gjerësia e bandës së lartë të funksionimit (~ GHz), tensioni i ulët i funksionimit, madhësia e vogël dhe pajtueshmëria me integrimin e çipit fotonik. Sidoqoftë, për shkak të ndarjes hapësinore të materialeve litium niobate dhe gjysmëpërçuese, megjithëse secili kryen funksionet e veta, LN luan vetëm një rol në udhëheqjen e valëve dhe pronave të tjera të shkëlqyera të huaja nuk janë përdorur mirë. Materialet gjysmëpërçuese luajnë vetëm një rol në shndërrimin fotelektrik dhe kanë mungesë bashkimi plotësues me njëri -tjetrin, duke rezultuar në një grup operativ relativisht të kufizuar. Për sa i përket zbatimit specifik, bashkimi i dritës nga burimi i dritës në litium niobate valë optike optike rezulton në humbje të konsiderueshme dhe kërkesa të rrepta të procesit. Për më tepër, fuqia optike aktuale e dritës i rrezatuar në kanalin e pajisjes gjysmëpërçuese në rajonin e bashkimit është e vështirë të kalibrohet, gjë që kufizon performancën e saj të zbulimit.
TradicionalefotodetektorëPërdoret për aplikimet e imazhit zakonisht bazohen në materiale gjysmëpërçuese. Prandaj, për litium niobate, shkalla e tij e ulët e thithjes së dritës dhe vetitë izoluese e bëjnë atë pa dyshim që nuk favorizohet nga studiuesit e fotodetektorit, dhe madje edhe një pikë e vështirë në këtë fushë. Sidoqoftë, zhvillimi i teknologjisë heterojunction vitet e fundit ka sjellë shpresë në hulumtimin e fotodetektorëve të bazuar në Lithium niobate. Materiale të tjera me thithje të fortë të dritës ose përçueshmëri të shkëlqyeshme mund të integrohen në mënyrë heterogjene me litium niobate për të kompensuar të metat e tij. Në të njëjtën kohë, karakteristikat pyroelektrike të polarizimit spontan të litiumit niobate për shkak të anizotropisë strukturore të tij mund të kontrollohen duke u kthyer në nxehtësi nën rrezatimin e dritës, duke ndryshuar kështu karakteristikat piroelektrike për zbulimin optoelektronik. Ky efekt termik ka avantazhet e brezit të gjerë dhe të vetë -drejtimit, dhe mund të plotësohet mirë dhe bashkohet me materiale të tjera. Përdorimi sinkron i efekteve termike dhe fotoelektrike ka hapur një epokë të re për fotodetektorët me bazë litium niobate, duke i mundësuar pajisjeve të kombinojnë avantazhet e të dy efekteve. Dhe për të kompensuar mangësitë dhe për të arritur integrimin plotësues të avantazheve, është një pikë hulumtimi në vitet e fundit. Për më tepër, përdorimi i implantimit të joneve, inxhinierisë së bandës dhe inxhinierisë së defekteve është gjithashtu një zgjedhje e mirë për të zgjidhur vështirësinë e zbulimit të litiumit niobate. Sidoqoftë, për shkak të vështirësisë së lartë të përpunimit të litiumit niobate, kjo fushë ende përballet me sfida të mëdha siç janë integrimi i ulët, pajisjet dhe sistemet e imazhit të vargjeve, dhe performanca e pamjaftueshme, e cila ka vlerë dhe hapësirë ​​të madhe kërkimore.

Figura 1, duke përdorur gjendjet e energjisë së defektit brenda bandës LN si qendra të donatorëve të elektroneve, transportuesit me ngarkesë falas gjenerohen në brezin e përcjelljes nën ngacmim të dukshëm të dritës. Krahasuar me fotodetektorët e mëparshëm Pyroelektrik LN, të cilët zakonisht ishin të kufizuar në një shpejtësi përgjigjeje prej rreth 100Hz, kjoLN fotodetektorka një shpejtësi më të shpejtë të përgjigjes deri në 10kHz. Ndërkohë, në këtë punë, u demonstrua se LN i Doped Magnez i Doped mund të arrijë modulim të dritës së jashtme me një përgjigje deri në 10kHz. Kjo punë promovon hulumtimin mbi performancën e lartë dheFotodetektorë LN me shpejtësi të lartëNë ndërtimin e çipave fotonikë të integruar plotësisht të integruar me një çip.
Si përmbledhje, fusha e kërkimit tëFilmi i hollë Lithium Niobate Photodetectorska domethënie të rëndësishme shkencore dhe potencial të madh të aplikimit praktik. Në të ardhmen, me zhvillimin e teknologjisë dhe thellimin e hulumtimit, filmi i hollë Lithium niobate (LN) fotodetektorët do të zhvillohen drejt integrimit më të lartë. Kombinimi i metodave të ndryshme të integrimit për të arritur me performancë të lartë, reagim të shpejtë dhe fotodetektorë të filmit të hollë me brez të gjerë Lithium niobate në të gjitha aspektet do të bëhen realitet, i cili do të promovojë shumë zhvillimin e integrimit në çip dhe fushave inteligjente të ndjerë, dhe do të sigurojë më shumë mundësi për të Gjenerata e re e aplikacioneve të fotonikës.