Fotoditekter tan-nijobat tal-litju (LN) b'film irqiq

Fotoditekter tan-nijobat tal-litju (LN) b'film irqiq

In-nijobat tal-litju (LN) għandu struttura kristallina unika u effetti fiżiċi rikki, bħal effetti mhux lineari, effetti elettro-ottiċi, effetti piroelettriċi, u effetti pjeżoelettriċi. Fl-istess ħin, għandu l-vantaġġi ta' tieqa ta' trasparenza ottika b'firxa wiesgħa u stabbiltà fit-tul. Dawn il-karatteristiċi jagħmlu l-LN pjattaforma importanti għall-ġenerazzjoni l-ġdida ta' fotonika integrata. F'apparati ottiċi u sistemi optoelettroniċi, il-karatteristiċi tal-LN jistgħu jipprovdu funzjonijiet u prestazzjoni rikki, u jippromwovu l-iżvilupp ta' komunikazzjoni ottika, komputazzjoni ottika, u oqsma ta' sensing ottiku. Madankollu, minħabba l-proprjetajiet dgħajfa ta' assorbiment u insulazzjoni tan-nijobat tal-litju, l-applikazzjoni integrata tan-nijobat tal-litju għadha tiffaċċja l-problema ta' skoperta diffiċli. Fi snin reċenti, rapporti f'dan il-qasam jinkludu prinċipalment fotoditekters integrati bil-gwida tal-mewġ u fotoditekters tal-eteroġunzjoni.
Id-ditekter tal-fotoditekter integrat tal-gwida tal-mewġ ibbażat fuq in-nijobat tal-litju ġeneralment jiffoka fuq il-medda C tal-komunikazzjoni ottika (1525-1565nm). F'termini ta' funzjoni, l-LN għandu prinċipalment ir-rwol ta' mewġ iggwidat, filwaqt li l-funzjoni ta' skoperta optoelettronika tiddependi prinċipalment fuq semikondutturi bħas-silikon, semikondutturi b'bandgap dejjaq tal-grupp III-V, u materjali bidimensjonali. F'arkitettura bħal din, id-dawl jiġi trasmess permezz ta' gwidi tal-mewġ ottiċi tan-nijobat tal-litju b'telf baxx, u mbagħad jiġi assorbit minn materjali semikondutturi oħra bbażati fuq effetti fotoelettriċi (bħal fotokonduttività jew effetti fotovoltajċi) biex tiżdied il-konċentrazzjoni tat-trasportatur u jiġi kkonvertit f'sinjali elettriċi għall-output. Il-vantaġġi huma bandwidth operattiv għoli (~GHz), vultaġġ operattiv baxx, daqs żgħir, u kompatibilità mal-integrazzjoni taċ-ċippa fotonika. Madankollu, minħabba s-separazzjoni spazjali tan-nijobat tal-litju u l-materjali semikondutturi, għalkemm kull wieħed iwettaq il-funzjonijiet tiegħu stess, l-LN għandu biss rwol fil-gwida tal-mewġ u proprjetajiet barranin eċċellenti oħra ma ġewx utilizzati sew. Il-materjali semikondutturi għandhom biss rwol fil-konverżjoni fotoelettrika u m'għandhomx akkoppjar komplementari ma' xulxin, li jirriżulta f'medda operattiva relattivament limitata. F'termini ta' implimentazzjoni speċifika, l-akkoppjar tad-dawl mis-sors tad-dawl mal-gwida tal-mewġ ottika tan-nijobat tal-litju jirriżulta f'telf sinifikanti u rekwiżiti stretti tal-proċess. Barra minn hekk, il-qawwa ottika attwali tad-dawl irradjat fuq il-kanal tal-apparat semikonduttur fir-reġjun tal-akkoppjar hija diffiċli biex tiġi kalibrata, u dan jillimita l-prestazzjoni tad-detezzjoni tiegħu.
It-tradizzjonalifotodetetturiDawk li jintużaw għal applikazzjonijiet ta' immaġini ġeneralment ikunu bbażati fuq materjali semikondutturi. Għalhekk, għan-nijobat tal-litju, ir-rata baxxa ta' assorbiment tad-dawl u l-proprjetajiet ta' iżolazzjoni tiegħu jagħmluh bla dubju mhux favorit mir-riċerkaturi tad-ditekters tal-foto, u saħansitra punt diffiċli fil-qasam. Madankollu, l-iżvilupp tat-teknoloġija tal-eteroġunzjoni fis-snin riċenti ġab tama għar-riċerka ta' fotoditekters ibbażati fuq in-nijobat tal-litju. Materjali oħra b'assorbiment qawwi tad-dawl jew konduttività eċċellenti jistgħu jiġu integrati b'mod eteroġenju man-nijobat tal-litju biex jikkumpensaw għan-nuqqasijiet tiegħu. Fl-istess ħin, il-karatteristiċi piroelettriċi indotti mill-polarizzazzjoni spontanja tan-nijobat tal-litju minħabba l-anisotropija strutturali tiegħu jistgħu jiġu kkontrollati billi jiġu konvertiti għal sħana taħt irradjazzjoni tad-dawl, u b'hekk jinbidlu l-karatteristiċi piroelettriċi għad-detezzjoni optoelettronika. Dan l-effett termali għandu l-vantaġġi ta' medda wiesgħa u sewqan awtonomu, u jista' jiġi kkomplementat u mdewweb sew ma' materjali oħra. L-użu sinkroniku tal-effetti termali u fotoelettriċi fetaħ era ġdida għall-fotoditekters ibbażati fuq in-nijobat tal-litju, li jippermetti lill-apparati jikkombinaw il-vantaġġi taż-żewġ effetti. U biex jikkumpensaw għan-nuqqasijiet u jiksbu integrazzjoni komplementari tal-vantaġġi, huwa punt fokali tar-riċerka fis-snin riċenti. Barra minn hekk, l-użu tal-impjantazzjoni tal-joni, l-inġinerija tal-banda, u l-inġinerija tad-difetti hija wkoll għażla tajba biex tissolva d-diffikultà li jinstab in-nijobat tal-litju. Madankollu, minħabba d-diffikultà għolja tal-ipproċessar tan-nijobat tal-litju, dan il-qasam għadu jiffaċċja sfidi kbar bħal integrazzjoni baxxa, apparati u sistemi ta' immaġini ta' matriċi, u prestazzjoni insuffiċjenti, li għandu valur ta' riċerka u spazju kbir.

Figura 1, bl-użu tal-istati tal-enerġija tad-difetti fil-bandgap LN bħala ċentri donaturi tal-elettroni, trasportaturi ta' ċarġ ħielsa huma ġġenerati fil-medda ta' konduzzjoni taħt eċċitazzjoni tad-dawl viżibbli. Meta mqabbel ma' fotoditekters LN piroelettriċi preċedenti, li tipikament kienu limitati għal veloċità ta' rispons ta' madwar 100Hz, danFotoditekter LNgħandu veloċità ta' rispons aktar mgħaġġla sa 10kHz. Sadanittant, f'dan ix-xogħol, intwera li l-LN iddoppjat bil-jone tal-manjeżju jista' jikseb modulazzjoni tad-dawl estern b'rispons sa 10kHz. Dan ix-xogħol jippromwovi r-riċerka dwar prestazzjoni għolja ufotoditekters LN ta' veloċità għoljafil-kostruzzjoni ta' ċipep fotoniċi LN integrati b'ċippa waħda kompletament funzjonali.
Fil-qosor, il-qasam tar-riċerka ta'fotoditekters tan-nijobat tal-litju b'film irqiqgħandu sinifikat xjentifiku importanti u potenzjal enormi ta' applikazzjoni prattika. Fil-futur, bl-iżvilupp tat-teknoloġija u l-approfondiment tar-riċerka, il-fotoditekters tan-nijobat tal-litju (LN) b'film irqiq se jiżviluppaw lejn integrazzjoni ogħla. Il-kombinazzjoni ta' metodi ta' integrazzjoni differenti biex jinkisbu fotoditekters tan-nijobat tal-litju b'film irqiq ta' prestazzjoni għolja, rispons veloċi, u firxa wiesgħa ta' frekwenzi fl-aspetti kollha se ssir realtà, li se tippromwovi ħafna l-iżvilupp ta' integrazzjoni on-chip u oqsma ta' sensing intelliġenti, u tipprovdi aktar possibbiltajiet għall-ġenerazzjoni l-ġdida ta' applikazzjonijiet fotoniċi.