İnce Film Lityum Niobat (LN) Photodetector
Lityum niobat (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 süreli stabilite avantajlarına sahiptir. Bu özellikler LN'yi yeni nesil entegre fotonikler için önemli bir platform haline getirir. Optik cihazlarda ve optoelektronik sistemlerde, LN'nin özellikleri zengin fonksiyonlar ve performans sağlayabilir, optik iletişim, optik bilgi işlem ve optik algılama alanlarının geliştirilmesini teşvik edebilir. Bununla birlikte, lityum niobatın zayıf emilimi ve yalıtım özellikleri nedeniyle, lityum niobatın entegre uygulaması hala zor tespit sorunuyla karşı karşıyadır. Son yıllarda, bu alandaki raporlar esas olarak dalga kılavuzu entegre fotodetektörler ve heterojunction fotodetektörler içerir.
Lityum niobat temelli dalga kılavuzu entegre fotodetektör genellikle optik iletişim C-bandı (1525-1565nm) üzerine odaklanır. Fonksiyon açısından, LN esas olarak rehberli dalgaların rolünü oynarken, optoelektronik algılama fonksiyonu esas olarak silikon, III-V grubu dar bant aralığı yarı iletkenleri ve iki boyutlu malzemeler gibi yarı iletkenlere dayanır. Böyle bir mimaride ışık, düşük kayıplı lityum niobat optik dalga kılavuzları yoluyla iletilir ve daha sonra taşıyıcı konsantrasyonunu arttırmak ve çıktı için elektrik sinyallerine dönüştürmek için fotoelektrik etkilere (fotokilasyon veya fotovoltaik etkiler gibi) dayalı diğer yarı iletken malzemeler tarafından emilir. Avantajlar yüksek çalışma bant genişliği (~ GHz), düşük çalışma voltajı, küçük boyut ve fotonik çip entegrasyonu ile uyumluluktur. Bununla birlikte, lityum niobat ve yarı iletken malzemelerin uzamsal ayrılması nedeniyle, her biri kendi işlevlerini yerine getirse de, LN sadece dalgaları yönlendirmede rol oynar ve diğer mükemmel yabancı mülkler iyi kullanılmamıştır. Yarı iletken malzemeler sadece fotoelektrik dönüşümde rol oynar ve birbirleriyle tamamlayıcı bir bağlantıya sahip değildir, bu da nispeten sınırlı bir çalışma bandına neden olur. Spesifik uygulama açısından, ışığın ışık kaynağından lityum niobat optik dalga kılavuzuna birleştirilmesi önemli kayıplara ve katı süreç gereksinimlerine neden olur. Ek olarak, birleştirme bölgesindeki yarı iletken cihaz kanalına ışınlanan ışığın gerçek optik gücünün kalibre edilmesi zordur, bu da algılama performansını sınırlar.
GelenekselfotodetektörlerGörüntüleme uygulamaları için kullanılan genellikle yarı iletken malzemelere dayanır. Bu nedenle, lityum niobat için, düşük ışık emme oranı ve yalıtım özellikleri, şüphesiz fotodetektör araştırmacıları tarafından tercih edilmemiştir ve hatta alanda zor bir nokta. Bununla birlikte, son yıllarda heterojunction teknolojisinin geliştirilmesi, lityum niobat tabanlı fotodetektörlerin araştırmasına umut getirmiştir. Güçlü ışık emilimine veya mükemmel iletkenliğe sahip diğer malzemeler, eksikliklerini telafi etmek için lityum niobat ile heterojen olarak entegre edilebilir. Aynı zamanda, yapısal anizotropi nedeniyle lityum niobatın spontan polarizasyon indüklenen piroelektrik özellikleri, ışık ışınlaması altında ısıya dönüştürülerek kontrol edilebilir, böylece optoelektronik tespit için piroelektrik özellikleri değiştirilebilir. Bu termal etki, geniş bant ve kendi kendine sürüş avantajlarına sahiptir ve diğer malzemelerle iyi tamamlanabilir ve kaynaştırılabilir. Termal ve fotoelektrik etkilerin senkronize kullanılması, lityum niobat bazlı fotodetektörler için yeni bir dönem açmış ve cihazların her iki etkinin avantajlarını birleştirmesini sağlar. Ve eksiklikleri telafi etmek ve avantajların tamamlayıcı entegrasyonunu elde etmek için, son yıllarda bir araştırma sıcak noktasıdır. Ek olarak, iyon implantasyonu, bant mühendisliği ve kusur mühendisliğinin kullanılması, lityum niobat tespit etmenin zorluğunu çözmek için de iyi bir seçimdir. Bununla birlikte, lityum niobatın yüksek işleme zorluğu nedeniyle, bu alan hala düşük entegrasyon, dizi görüntüleme cihazları ve sistemleri ve büyük araştırma değeri ve alana sahip yetersiz performans gibi büyük zorluklarla karşı karşıyadır.
Şekil 1, LN bant aralığı içindeki kusur enerji durumları kullanılarak elektron donör merkezleri olarak, görünür ışık uyarımı altında iletim bandında serbest şarj taşıyıcıları üretilir. Tipik olarak 100Hz civarında bir tepki hızı ile sınırlı olan önceki piroelektrik LN fotodetektörlerle karşılaştırıldığında, buLn Photodetector10kHz'e kadar daha hızlı yanıt 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 araştırmayı teşvik ediyor veYüksek hızlı LN fotodetektörlerTamamen fonksiyonel tek çipli entegre LN fotonik yongalarının yapımında.
Özet olarak, araştırma alanıİnce film lityum niobat fotodetektörlerÖnemli bilimsel öneme ve muazzam pratik uygulama potansiyeline sahiptir. Gelecekte, teknolojinin gelişimi ve araştırmanın derinleşmesiyle, ince film lityum niobat (LN) fotodetektörler daha yüksek entegrasyona doğru gelişecektir. Yüksek performans, hızlı yanıt ve geniş bant ince film lityum niobat fotodetektörleri elde etmek için farklı entegrasyon yöntemlerini birleştirmek, her açıdan, çip üzerindeki entegrasyon ve akıllı algılama alanlarının gelişimini büyük ölçüde teşvik edecek ve daha fazla olasılık sağlayacak bir gerçeklik haline gelecektir. Yeni nesil fotonik uygulamaları.
Gönderme Zamanı: 17-2025 Şubat