Plānā plēves litija niobate (LN) fotodetektors

Plānā plēves litija niobate (LN) fotodetektors

Litija niobate (LN) ir unikāla kristāla struktūra un bagātīga fiziskā ietekme, piemēram, nelineārā iedarbība, elektrooptiskā iedarbība, piroelektriskā iedarbība un pjezoelektriskā iedarbība. Tajā pašā laikā tam ir platjoslas optiskās caurspīdīguma loga un ilgtermiņa stabilitātes priekšrocības. Šīs īpašības padara LN par svarīgu platformu jaunās paaudzes integrētajai fotonikai. Optiskajās ierīcēs un optoelektroniskajās sistēmās LN īpašības var nodrošināt bagātīgas funkcijas un veiktspēju, veicinot optiskās komunikācijas, optiskās skaitļošanas un optiskās sensoru lauku attīstību. Tomēr litija niobāta vāju absorbcijas un izolācijas īpašību dēļ litija niobāta integrētā pielietojums joprojām saskaras ar sarežģītas atklāšanas problēmu. Pēdējos gados ziņojumos šajā jomā galvenokārt ir iekļauti viļņvadu integrētie fotodetektori un heterojunkcijas fotodetektori.
Viļņvada integrētais fotodetektors, kura pamatā ir litija niobāts, parasti ir vērsts uz optisko sakaru C joslu (1525-1565nm). Funkcijas izteiksmē LN galvenokārt ir vadītu viļņu loma, savukārt optoelektroniskās noteikšanas funkcija galvenokārt balstās uz pusvadītājiem, piemēram, silīciju, III-V grupu šauro joslu pusvadītājiem un divdimensiju materiāliem. Šādā arhitektūrā gaismu pārraida caur litija niobāta optiskajiem viļņvadiem ar maziem zaudējumiem, un pēc tam to absorbē citi pusvadītāju materiāli, pamatojoties uz fotoelektriskiem efektiem (piemēram, fotokonaktivitāte vai fotoelektriskais efekts), lai palielinātu nesēja koncentrāciju un pārveidotu to elektriskos signālos izvadei. Priekšrocības ir augsts darbības joslas platums (~ GHz), zems darba spriegums, mazs izmērs un saderība ar fotoniskās mikroshēmas integrāciju. Tomēr litija niobāta un pusvadītāju materiālu telpiskās atdalīšanas dēļ, kaut arī tie katrs veic savas funkcijas, LN ir tikai loma viļņu vadīšanā, un citi izcili ārvalstu īpašumi nav labi izmantoti. Pusvadītāju materiāliem ir nozīme tikai fotoelektriskajā pārveidošanā, un tiem nav papildinoša savienojuma viens ar otru, kā rezultātā tiek izveidota salīdzinoši ierobežota darbības josla. Īpašas ieviešanas ziņā gaismas savienošana no gaismas avota līdz litija niobāta optiskajam viļņvadam rada ievērojamus zaudējumus un stingras procesa prasības. Turklāt ir grūti kalibrēt ir grūti kalibrēt, kas apstarots uz pusvadītāju ierīces kanālu, kas ierobežo tā noteikšanas veiktspēju.
TradicionālaisfotodetektoriIzmanto attēlveidošanas lietojumos parasti balstās uz pusvadītāju materiāliem. Tāpēc litija niobāta gadījumā tā zemā apgaismojuma absorbcijas ātrums un izolācijas īpašības padara to neapšaubāmi, ka to neatbalsta fotodetektoru pētnieki un pat grūts punkts laukā. Tomēr heterojunkcijas tehnoloģijas attīstība pēdējos gados ir devusi cerību pētīt litija niobate bāzes fotodetektorus. Citus materiālus ar spēcīgu gaismas absorbciju vai lielisku vadītspēju var neviendabīgi integrēt ar litija niobātu, lai kompensētu tā trūkumus. Tajā pašā laikā spontānā polarizācija izraisīja litija niobāta piroelektriskās īpašības, ņemot vērā tā strukturālo anizotropiju, var kontrolēt, pārveidojot par siltumu gaismas apstarošanā, tādējādi mainot piroelektriskās īpašības optoelektroniskās noteikšanas noteikšanai. Šim termiskajam efektam ir platjoslas un pašpārbaudes priekšrocības, un to var labi papildināt un sakausēt ar citiem materiāliem. Sinhronā termisko un fotoelektrisko efektu izmantošana ir atvērusi jaunu laikmetu litija niobāta fotodetektoriem, ļaujot ierīcēm apvienot abu efektu priekšrocības. Un, lai kompensētu trūkumus un panāktu papildinošu priekšrocību integrāciju, tas ir pētījuma punkts pēdējos gados. Turklāt jonu implantācijas, joslu inženierijas un defektu inženierijas izmantošana ir arī laba izvēle, lai atrisinātu grūtības atklāt litija niobātu. Tomēr, ņemot vērā litija niobāta lielās apstrādes grūtības, šis lauks joprojām saskaras ar lielām problēmām, piemēram, zemu integrāciju, masīva attēlveidošanas ierīcēm un sistēmām un nepietiekamu veiktspēju, kurai ir lieliska pētījuma vērtība un telpa.

1. attēlā, izmantojot Defekta enerģijas stāvokļus LN joslā kā elektronu donoru centrus, vadīšanas joslā redzamās gaismas ierosmes vadīšanas joslā tiek ģenerēti bezmaksas lādiņa nesēji. Salīdzinot ar iepriekšējiem piroelektriskajiem LN fotodetektoriem, kas parasti bija ierobežoti ar reakcijas ātrumu aptuveni 100Hz, tasLn fotodetektorsir ātrāks reakcijas ātrums līdz 10kHz. Tikmēr šajā darbā tika pierādīts, ka magnija jonu leģēts LN var sasniegt ārēju gaismas modulāciju ar reakciju līdz 10kHz. Šis darbs veicina pētījumu par augstas veiktspējas unātrgaitas LN fotodetektoripilnībā funkcionālu vienas mikroshēmas integrētu LN fotonisko mikroshēmu veidošanā.
Rezumējot, pētniecības jomaPlāno plēves litija niobate fotodetektoritai ir svarīga zinātniska nozīme un milzīgs praktisks pielietojuma potenciāls. Nākotnē, attīstot tehnoloģiju un padziļinot pētījumu, plānas plēves litija niobate (LN) fotodetektori attīstīsies augstākas integrācijas virzienā. Apvienojot dažādas integrācijas metodes, lai sasniegtu augstas veiktspējas, ātru reakciju un platjoslas plānas plēves litija niobate fotodetektorus visos aspektos, kļūs par realitāti, kas ievērojami veicinās mikroshēmas integrācijas un inteliģentās sensoru lauku attīstību un nodrošinās vairāk iespēju attīstīt vairāk iespēju izmantot vairāk iespēju izmantot iespējas lielākām iespējām attiecībā uz iespējamām iespējām izmantot Jaunas paaudzes fotonikas lietojumprogrammas.