İnce film lityum niyobat (LN) fotodedektörü
Lityum niyobat (LN), benzersiz bir kristal yapıya ve doğrusal olmayan etkiler, elektro-optik etkiler, piroelektrik etkiler ve piezoelektrik etkiler gibi zengin fiziksel etkilere sahiptir. Aynı zamanda, geniş bant optik şeffaflık penceresi ve uzun vadeli kararlılık avantajlarına sahiptir. Bu özellikler, LN'yi yeni nesil entegre fotonik için önemli bir platform haline getirir. Optik cihazlarda ve optoelektronik sistemlerde, LN'nin özellikleri zengin işlevler ve performans sağlayabilir, optik iletişim, optik hesaplama ve optik algılama alanlarının gelişimini teşvik edebilir. Ancak, lityum niyobatın zayıf emilim ve yalıtım özellikleri nedeniyle, lityum niyobatın entegre uygulaması hala zor tespit sorunuyla karşı karşıyadır. Son yıllarda, bu alandaki raporlar esas olarak dalga kılavuzu entegre fotodedektörleri ve heterojunksiyon fotodedektörlerini içermektedir.
Lityum niyobat bazlı dalga kılavuzu entegre fotodedektör genellikle optik iletişim C-bandına (1525-1565nm) odaklanır. İşlev açısından, LN esas olarak yönlendirilmiş dalgaların rolünü oynarken, optoelektronik algılama işlevi esas olarak silikon, III-V grubu dar bant aralıklı yarı iletkenler ve iki boyutlu malzemeler gibi yarı iletkenlere dayanır. Böyle bir mimaride, ışık düşük kayıpla lityum niyobat optik dalga kılavuzları aracılığıyla iletilir ve daha sonra taşıyıcı konsantrasyonunu artırmak ve bunu çıkış için elektrik sinyallerine dönüştürmek için fotoelektrik etkilere (fotoiletkenlik veya fotovoltaik etkiler gibi) dayalı diğer yarı iletken malzemeler tarafından emilir. Avantajları yüksek çalışma bant genişliği (~GHz), düşük çalışma voltajı, küçük boyut ve fotonik çip entegrasyonuyla uyumluluktur. Ancak, lityum niyobat ve yarı iletken malzemelerin mekansal ayrımı nedeniyle, her biri kendi işlevlerini yerine getirmelerine rağmen, LN yalnızca dalgaları yönlendirmede rol oynar ve diğer mükemmel yabancı özellikler iyi kullanılmamıştır. Yarı iletken malzemeler yalnızca fotoelektrik dönüşümde rol oynar ve birbirleriyle tamamlayıcı kuplajdan yoksundur, bu da nispeten sınırlı bir çalışma bandıyla sonuçlanır. Belirli uygulama açısından, ışık kaynağından lityum niyobat optik dalga kılavuzuna ışığın kuplajı önemli kayıplara ve sıkı işlem gereksinimlerine neden olur. Ek olarak, kuplaj bölgesindeki yarı iletken cihaz kanalına ışınlanan ışığın gerçek optik gücünün kalibre edilmesi zordur, bu da algılama performansını sınırlar.
GelenekselfotodedektörlerGörüntüleme uygulamaları için kullanılanlar genellikle yarı iletken malzemelere dayanır. Bu nedenle, lityum niyobat için düşük ışık emilim oranı ve yalıtım özellikleri, onu şüphesiz fotodedektör araştırmacıları tarafından tercih edilmez hale getirir ve hatta alanda zor bir nokta haline getirir. Ancak, son yıllarda heterojunction teknolojisinin geliştirilmesi, lityum niyobat bazlı fotodedektör araştırmalarına umut getirmiştir. Güçlü ışık emilimine veya mükemmel iletkenliğe sahip diğer malzemeler, eksikliklerini telafi etmek için lityum niyobat ile heterojen bir şekilde entegre edilebilir. Aynı zamanda, lityum niyobatın yapısal anizotropisi nedeniyle kendiliğinden polarizasyon kaynaklı piroelektrik özellikleri, ışık ışınımı altında ısıya dönüştürülerek kontrol edilebilir ve böylece optoelektronik algılama için piroelektrik özellikler değiştirilebilir. Bu termal etki, geniş bant ve kendi kendine sürüş avantajlarına sahiptir ve diğer malzemelerle iyi bir şekilde tamamlanabilir ve birleştirilebilir. Termal ve fotoelektrik etkilerin eşzamanlı kullanımı, lityum niyobat bazlı fotodedektörler için yeni bir çağ açmış ve cihazların her iki etkinin avantajlarını birleştirmesini sağlamıştır. Ve eksiklikleri telafi etmek ve avantajların tamamlayıcı entegrasyonunu elde etmek için, son yıllarda bir araştırma merkezidir. Ek olarak, iyon implantasyonu, bant mühendisliği ve kusur mühendisliğinin kullanımı da lityum niyobat tespit etme zorluğunu çözmek için iyi bir seçimdir. Ancak, lityum niyobatın yüksek işleme zorluğu nedeniyle, bu alan hala düşük entegrasyon, dizi görüntüleme cihazları ve sistemleri ve büyük araştırma değeri ve alanı olan yetersiz performans gibi büyük zorluklarla karşı karşıyadır.
Şekil 1, LN bant aralığındaki kusur enerji durumlarını elektron verici merkezleri olarak kullanarak, görünür ışık uyarımı altında iletim bandında serbest yük taşıyıcıları üretilir. Tipik olarak yaklaşık 100 Hz'lik bir tepki hızıyla sınırlı olan önceki piroelektrik LN fotodedektörleriyle karşılaştırıldığında, buLN fotodedektörü10kHz'e kadar daha hızlı bir tepki hızına sahiptir. Bu arada, bu çalışmada, magnezyum iyon katkılı LN'nin 10kHz'e kadar bir tepki ile harici ışık modülasyonu elde edebileceği gösterilmiştir. Bu çalışma, yüksek performanslı veyüksek hızlı LN fotodedektörleriTam fonksiyonlu tek çipli entegre LN fotonik çiplerin yapımında.
Özetle, araştırma alanıince film lityum niyobat fotodedektörleriönemli bilimsel öneme ve muazzam pratik uygulama potansiyeline sahiptir. Gelecekte, teknolojinin gelişmesi ve araştırmanın derinleşmesiyle birlikte, ince film lityum niyobat (LN) fotodedektörleri daha yüksek entegrasyona doğru gelişecektir. Her açıdan yüksek performanslı, hızlı tepkili ve geniş bantlı ince film lityum niyobat fotodedektörleri elde etmek için farklı entegrasyon yöntemlerini birleştirmek bir gerçeklik haline gelecek ve bu da çip üstü entegrasyonun ve akıllı algılama alanlarının gelişimini büyük ölçüde teşvik edecek ve yeni nesil fotonik uygulamaları için daha fazla olasılık sağlayacaktır.
Gönderi zamanı: 17-Şub-2025