Film irqiq tal-litju niobate (LN) fotodetettur

Film irqiq tal-litju niobate (LN) fotodetettur

Lithium niobate (LN) għandu struttura tal-kristall unika u effetti fiżiċi sinjuri, bħal effetti mhux lineari, effetti elettro-ottiċi, effetti piroelettriċi, u effetti pjeżoelettriċi. Fl-istess ħin, għandha l-vantaġġi tat-tieqa ta 'trasparenza ottika tal-broadband u stabbiltà fit-tul. Dawn il-karatteristiċi jagħmlu l-LN pjattaforma importanti għall-ġenerazzjoni l-ġdida ta 'fotonika integrata. F'apparat ottiku u sistemi optoelettroniċi, il-karatteristiċi ta 'LN jistgħu jipprovdu funzjonijiet sinjuri u prestazzjoni, li jippromwovu l-iżvilupp ta' komunikazzjoni ottika, komputazzjoni ottika, u oqsma ta 'sensing ottiku. Madankollu, minħabba l-proprjetajiet dgħajfa ta 'assorbiment u insulazzjoni ta' niobate tal-litju, l-applikazzjoni integrata ta 'niobate tal-litju għadha qed tiffaċċja l-problema ta' skoperta diffiċli. Fi snin reċenti, rapporti f'dan il-qasam jinkludu prinċipalment fotodetetturi integrati tal-mewġ u fotodetetturi heterojunction.
Il-fotodetettur integrat tal-Waveguide ibbażat fuq in-niobate tal-litju huwa ġeneralment iffokat fuq il-komunikazzjoni ottika C-band (1525-1565nm). F'termini ta 'funzjoni, LN għandha prinċipalment ir-rwol tal-mewġ iggwidat, filwaqt li l-funzjoni ta' skoperta optoelettronika tiddependi prinċipalment fuq semikondutturi bħal silikon, III-V grupp semikondutturi ta 'bandgap dojoq III-V, u materjali bidimensjonali. F'din l-arkitettura, id-dawl jiġi trasmess permezz ta 'gwidi tal-mewġ ottiċi tal-litju niobate b'telf baxx, u mbagħad assorbit minn materjali oħra tas-semikondutturi bbażati fuq effetti fotoelettriċi (bħal fotokonduttività jew effetti fotovoltajċi) biex tiżdied il-konċentrazzjoni tat-trasportatur u tikkonverti f'sinjali elettriċi għall-ħruġ. Il-vantaġġi huma wisa 'tal-frekwenza operattiva għolja (~ GHz), vultaġġ operattiv baxx, daqs żgħir, u kompatibilità mal-integrazzjoni taċ-ċippa fotonika. Madankollu, minħabba s-separazzjoni spazjali ta 'materjali tal-litju niobate u semikondutturi, għalkemm kull wieħed iwettaq il-funzjonijiet tagħhom stess, LN għandu biss rwol fil-gwida tal-mewġ u proprjetajiet barranin eċċellenti oħra ma ġewx utilizzati sew. Il-materjali tas-semikondutturi għandhom biss rwol fil-konverżjoni fotoelettrika u m'għandhomx akkoppjar komplementari ma 'xulxin, li jirriżulta f'faxxa operattiva relattivament limitata. F'termini ta 'implimentazzjoni speċifika, l-akkoppjar tad-dawl mis-sors tad-dawl għall-gwiver tal-mewġ ottiku tal-litju niobate jirriżulta f'telf sinifikanti u rekwiżiti ta' proċess strett. Barra minn hekk, il-qawwa ottika attwali tad-dawl irradjat fuq il-kanal tal-apparat semikondutturi fir-reġjun tal-akkoppjar hija diffiċli biex tikkalibra, li tillimita l-prestazzjoni tal-iskoperta tagħha.
Il-tradizzjonalifotodetetturiUżati għal applikazzjonijiet ta 'immaġini huma ġeneralment ibbażati fuq materjali semikondutturi. Għalhekk, għal niobate tal-litju, ir-rata baxxa ta 'assorbiment tad-dawl u l-proprjetajiet iżolanti jagħmluha bla dubju mhux iffavoriti minn riċerkaturi tal-fotodetettur, u anke punt diffiċli fil-qasam. Madankollu, l-iżvilupp tat-teknoloġija tal-heterojunction f'dawn l-aħħar snin ġab it-tama għar-riċerka ta 'fotodetetturi bbażati fuq il-litju niobate. Materjali oħra b'assorbiment qawwi tad-dawl jew konduttività eċċellenti jistgħu jiġu integrati eteroġeni ma 'niobate tal-litju biex jikkumpensaw għan-nuqqasijiet tiegħu. Fl-istess ħin, il-karatteristiċi piroelettriċi indotti mill-polarizzazzjoni spontanja ta 'niobate tal-litju minħabba l-anisotropija strutturali tagħha jistgħu jiġu kkontrollati billi tikkonverti għas-sħana taħt irradjazzjoni ħafifa, u b'hekk tinbidel il-karatteristiċi piroelettriċi għal skoperta optoelettronika. Dan l-effett termali għandu l-vantaġġi ta 'broadband u sewqan innifsu, u jista' jkun ikkumplimentat sew u mdewweb ma 'materjali oħra. L-użu sinkroniku ta 'effetti termali u fotoelettriċi fetaħ era ġdida għall-fotodetetturi bbażati fuq in-niobate tal-litju, li jippermettu apparat li jgħaqqad il-vantaġġi taż-żewġ effetti. U biex tpatti għan-nuqqasijiet u tikseb integrazzjoni komplementari ta 'vantaġġi, hija hotspot ta' riċerka f'dawn l-aħħar snin. Barra minn hekk, l-użu tal-impjantazzjoni tal-joni, l-inġinerija tal-banda, u l-inġinerija tad-difetti huma wkoll għażla tajba biex issolvi d-diffikultà biex tiskopri niobate tal-litju. Madankollu, minħabba d-diffikultà għolja tal-ipproċessar tal-litju niobate, dan il-qasam għadu qed jiffaċċja sfidi kbar bħal integrazzjoni baxxa, apparat u sistemi tal-immaġini tal-firxa, u prestazzjoni insuffiċjenti, li għandha valur u spazju kbir ta 'riċerka.

Figura 1, bl-użu tal-istati tal-enerġija tad-difetti fi ħdan il-bandgap LN bħala ċentri tad-donaturi tal-elettroni, trasportaturi ta 'ħlas b'xejn huma ġġenerati fil-medda ta' konduzzjoni taħt eċċitazzjoni tad-dawl viżibbli. Meta mqabbel ma 'fotodetetturi Piroelettriċi LN preċedenti, li kienu tipikament limitati għal veloċità ta' rispons ta 'madwar 100Hz, danPhotodetector LNgħandu veloċità ta 'rispons aktar mgħaġġla sa 10kHz. Sadanittant, f'dan ix-xogħol, intwera li l-jone tal-manjesju doped LN jista 'jikseb modulazzjoni tad-dawl estern b'reazzjoni sa 10kHz. Dan ix-xogħol jippromwovi r-riċerka dwar prestazzjoni għolja uFotodetetturi LN b'veloċità għoljaFil-kostruzzjoni ta 'ċipep fotoniċi LN integrati għal ċippa waħda waħda funzjonali.
Fil-qosor, il-qasam tar-riċerka ta 'Fotodetetturi tal-Lithium Niobate tal-film irqiqgħandu sinifikat xjentifiku importanti u potenzjal ta 'applikazzjoni prattika enormi. Fil-futur, bl-iżvilupp tat-teknoloġija u l-approfondiment tar-riċerka, il-fotodetetturi tal-film irqiq tan-niobate (LN) se jiżviluppaw lejn integrazzjoni ogħla. Li tikkombina metodi ta 'integrazzjoni differenti biex tinkiseb fotodetetturi ta' prestazzjoni għolja ta 'prestazzjoni għolja, u fotodetetturi tal-litju niobate fl-aspetti kollha se ssir realtà, li tippromwovi bil-kbir l-iżvilupp ta' integrazzjoni fuq iċ-ċippa u oqsma ta 'sensing intelliġenti, u tipprovdi aktar possibbiltajiet għal Ġenerazzjoni Ġdida ta 'Applikazzjonijiet Fotoniċi.