Фотодектор на тенок филм литиум ниобате (LN)

Фотодектор на тенок филм литиум ниобате (LN)

Lithium niobate (LN) има уникатна кристална структура и богати физички ефекти, како што се нелинеарни ефекти, електро-оптички ефекти, пироелектрични ефекти и пиезоелектрични ефекти. Во исто време, има предности на широкопојасен интернет оптички прозорец за транспарентност и долгорочна стабилност. Овие карактеристики ја прават ЛН важна платформа за новата генерација на интегрирана фотоника. Во оптичките уреди и оптоелектронските системи, карактеристиките на LN можат да обезбедат богати функции и перформанси, промовирање на развој на оптички комуникации, оптички компјутери и полиња за оптички сензори. Како и да е, поради слабите својства на апсорпција и изолација на литиум ниобате, интегрираната примена на литиум ниобате сепак се соочува со проблемот со тешко откривање. Во последниве години, извештаите во ова поле главно вклучуваат интегрирани фотоодектори на бранови и фотоодектори на хетероинккција.
Интегрираниот фотоодектор на брановодникот заснован на литиум ниобате обично се фокусира на оптичкиот комуникација Ц-опсег (1525-1565nm). Во однос на функцијата, ЛН главно ја игра улогата на водени бранови, додека функцијата на оптоелектронско откривање главно се потпира на полупроводници како што се силикон, III-V групна тесна лента полупроводници и дводимензионални материјали. Во таква архитектура, светлината се пренесува преку литиум ниобат оптички бранови со мала загуба, а потоа се апсорбира од други полупроводнички материјали засновани на фотоелектрични ефекти (како што се фотокондуктивност или фотоволтаични ефекти) за да се зголеми концентрацијата на носачот и да се претвори во електрични сигнали за излез. Предностите се висока оперативна ширина на опсег (~ GHz), низок работен напон, мала големина и компатибилност со интеграција на фотонските чипови. Како и да е, поради просторното раздвојување на литиум ниобат и полупроводнички материјали, иако секој од нив извршува свои функции, ЛН игра само улога во водењето на бранови и други одлични странски својства не се добро искористени. Полупроводничките материјали играат само улога во фотоелектричната конверзија и немаат комплементарно спојување едни со други, што резултира во релативно ограничен оперативен опсег. Во однос на специфичната имплементација, спојувањето на светлината од изворот на светлина до оптичката бранова вода литиум ниобат резултира во значителни загуби и строги барања за процеси. Покрај тоа, вистинската оптичка моќност на светлината озрачена на каналот на полупроводнички уреди во регионот на спојување е тешко да се калибрираат, што ги ограничува неговите перформанси за откривање.
ТрадиционалнотофотоодекториСе користи за апликации за слики обично се заснова на полупроводници. Затоа, за литиум ниобате, нејзината стапка на апсорпција на мала светлина и изолациските својства го прават несомнено не фаворизирано од истражувачите на фотодекторот, па дури и тешка точка во полето. Како и да е, развојот на хетерохункцијата технологија во последниве години донесе надеж за истражување на фотоодекторите засновани на литиум ниобате. Другите материјали со силна апсорпција на светлина или одлична спроводливост можат да бидат хетерогено интегрирани со литиум ниобате за да ги компензираат неговите недостатоци. Во исто време, спонтаната поларизација предизвикана од пироелектрични карактеристики на литиум ниобат заради неговата структурна анизотропија може да се контролира со конвертирање на топлина под светло зрачење, а со тоа да се менуваат пироелектричните карактеристики за оптикоелектронско откривање. Овој термички ефект има предности на широкопојасен и самостојно возење и може да биде добро надополнет и споен со други материјали. Синхроното користење на термички и фотоелектрични ефекти отвори нова ера за фотоодекторите засновани на литиум ниобате, овозможувајќи им на уредите да ги комбинираат предностите на двата ефекти. И да се надомести недостатоците и да се постигне комплементарна интеграција на предностите, тоа е жариште за истражување во последните години. Покрај тоа, користењето на јонска имплантација, инженерство на опсег и инженеринг на дефекти е исто така добар избор за решавање на тешкотијата за откривање на литиум ниобате. Како и да е, поради големата тешкотија во обработката на Литиум Ниобате, ова поле сè уште се соочува со големи предизвици, како што се ниска интеграција, уреди и системи за сликање на низа и недоволни перформанси, што има голема истражувачка вредност и простор.

Слика 1, користејќи ги состојбите со енергија на дефекти во рамките на LN опсегот како центри за донатори на електрони, носачите за бесплатни полнења се генерираат во лентата за спроводливост под видлива побудување на светлината. Во споредба со претходните пироелектрични ЛН фотоодектори, кои обично беа ограничени на брзина на одговор од околу 100Hz, оваЛН фотоодекторима побрза брзина на одговор до 10kHz. Во меѓувреме, во оваа работа, се покажа дека магнезиум јонскиот допиран LN може да постигне надворешна модулација на светлината со одговор до 10kHz. Оваа работа го промовира истражувањето за високи перформанси иФотоодектори со голема брзина LNВо изградбата на целосно функционални интегрирани фотонски чипови со еден чип.
Накратко, полето за истражување наФотодекторите на тенок филм литиум ниобатеима важно научно значење и огромен потенцијал за практична примена. Во иднина, со развојот на технологијата и продлабочувањето на истражувањето, фотоодекторите со тенок филм литиум ниобате (ЛН) ќе се развиваат кон поголема интеграција. Комбинирањето на различни методи за интеграција за да се постигне високи перформанси, брз одговор и широкопојасен тенок филм литиум ниобат фотоодектори во сите аспекти ќе стане реалност, што во голема мерка ќе го промовира развојот на интеграцијата на чип и полињата за интелигентни сензори и ќе обезбеди повеќе можности за Нова генерација на апликации за фотоника.