Photodetektor tankega filma Litij Niobate (Ln)

Photodetektor tankega filma Litij Niobate (Ln)

Litijev niobat (LN) ima edinstveno kristalno strukturo in bogate fizične učinke, kot so nelinearni učinki, elektro-optični učinki, piroelektrični učinki in piezoelektrični učinki. Hkrati ima prednosti širokopasovnega optičnega preglednosti in dolgoročno stabilnost. Te značilnosti so LN pomembna platforma za novo generacijo integrirane fotonike. V optičnih napravah in optoelektronskih sistemih lahko značilnosti LN zagotavljajo bogate funkcije in zmogljivosti, kar spodbuja razvoj optičnega komunikacijskega, optičnega računalništva in optičnih zaznavnih polj. Vendar pa se zaradi šibke absorpcijske in izolacijske lastnosti litijevega niobata integrirana uporaba litijevega niobata še vedno sooča s težavo težko odkrivanja. V zadnjih letih poročila na tem področju vključujejo predvsem integrirane fotodetektorje valovoda in heterojunkcijske fotodetektorje.
Integrirani fotodetektor valovoda, ki temelji na litijevem niobatu, je običajno osredotočen na C-pasu optične komunikacije (1525-1565Nm). Glede na funkcijo ima LN v glavnem vlogo vodenih valov, medtem ko se funkcija optoelektronske odkrivanja v glavnem opira na polprevodnike, kot so silicij, III-V ozki polprevodniki pasu in dvodimenzionalni materiali. V takšni arhitekturi se svetloba prenaša prek litijevih niobatskih optičnih valovodov z nizko izgubo, nato pa jih absorbirajo drugi polprevodniški materiali, ki temeljijo na fotoelektričnih učinkih (na primer fotoprevodnosti ali fotovoltaični učinki), da povečajo koncentracijo nosilca in jo pretvorijo v električne signale za izhod. Prednosti so visoka pasovna širina delovanja (~ GHz), nizka delovna napetost, majhna velikost in združljivost s integracijo fotonskih čipov. Vendar pa zaradi prostorske ločitve litijevih niobatskih in polprevodniških materialov, čeprav vsak opravlja svoje funkcije, ima LN vlogo le pri vodilnih valovih in drugih odličnih tujih lastnosti ni bilo dobro uporabljeno. Polprevodniški materiali igrajo samo vlogo pri fotoelektrični pretvorbi in nimajo komplementarne povezave med seboj, kar ima za posledico razmeroma omejen operativni pas. Glede na specifično izvedbo povezovanje svetlobe iz vira svetlobe na litijev niobatski optični valovodi povzroči pomembne izgube in stroge zahteve procesa. Poleg tega je dejanska optična moč svetlobe, ki se obseva na kanal polprevodniške naprave v sklopnem območju, težko umeriti, kar omejuje njegovo učinkovitost zaznavanja.
TradicionalnoFotodetektorjiUporablja se za slikanje aplikacij običajno temelji na polprevodniških materialih. Zato za litijev niobat zaradi njegove nizke svetlobne absorpcijske in izolacijske lastnosti nedvomno niso naklonjeni raziskovalcem fotodetektorjev in celo težko točko na tem področju. Vendar pa je razvoj heterojunkcijske tehnologije v zadnjih letih prineslo upanje na raziskavo fotodetektorjev na osnovi litijevega niobata. Druge materiale z močno absorpcijo svetlobe ali odlično prevodnostjo so lahko raznolike integrirane z litijevim niobatom, da se nadomestijo s pomanjkljivostmi. Hkrati lahko spontano polarizacijo povzročajo piroelektrične značilnosti litijevega niobata zaradi njegove strukturne anizotropije s pretvorbo na toploto pod obsevanjem svetlobe in s tem spreminjati piroelektrične značilnosti za odkrivanje opdoelektronske. Ta toplotni učinek ima prednosti širokopasovne in samostojne vožnje, zato ga je mogoče dobro dopolnjevati in zlivati ​​z drugimi materiali. Sinhrona uporaba toplotnih in fotoelektričnih učinkov je odprla novo obdobje za fotodetektorje, ki temeljijo na litijevem niobatu, kar omogoča naprave, da združijo prednosti obeh učinkov. In za nadoknajenje pomanjkljivosti in doseganje dopolnilne integracije prednosti je v zadnjih letih raziskovalna žarišča. Poleg tega je uporaba ionskega implantacije, inženiringa in inženiringa z napaki tudi dobra izbira za reševanje težav pri odkrivanju litijevega niobata. Vendar pa se zaradi velikih težav z litijevim niobatom to polje še vedno sooča z velikimi izzivi, kot so nizka integracija, naprave za slikanje matrike in sisteme ter nezadostna uspešnost, ki ima veliko raziskovalno vrednost in prostor.

Slika 1, ki uporablja stanja energije v napaki znotraj pasu LN kot centri za darovanje elektronov, se v prevodni pasu pod vidnim vzbujanjem ustvarijo brezplačni nosilci naboja. V primerjavi s prejšnjimi piroelektričnimi fotodetektorji Ln, ki so bili običajno omejeni na hitrost odziva okoli 100Hz, toLn fotodetektorima hitrejšo hitrost odziva do 10kHz. Medtem je bilo v tem delu dokazano, da lahko magnezijev ionski dopid LN doseže zunanjo svetlobno modulacijo z odzivom do 10kHz. To delo spodbuja raziskavo o visoki uspešnosti inFotodetektorji za visoke hitrostiPri konstrukciji popolnoma funkcionalnih enkratnih integriranih LN fotonskih čipov.
Če povzamemo, raziskovalno področjePhotodetektorji tankega filma Litij Niobateima pomemben znanstveni pomen in velik praktični potencial uporabe. V prihodnosti se bo z razvojem tehnologije in poglabljanjem raziskav tanek film litijev niobat (LN) razvil za večjo integracijo. Združevanje različnih metod integracije za doseganje visokozmogljivosti, hitrega odziva in širokopasovnega tankega filmskega litijevega niobatskega fotodetektorja v vseh vidikih bo postalo resničnost, ki bo močno spodbudila razvoj integracije na čipu in inteligentnemu zaznavanju ter zagotavljala več možnosti za to Nova generacija aplikacij za fotoniko.