Фотопроферектор з тонкої плівки літію Ніобат (LN)

Фотопроферектор з тонкої плівки літію Ніобат (LN)

Літій ніобат (LN) має унікальну кристалічну структуру та багаті фізичні ефекти, такі як нелінійні ефекти, електроооптичні ефекти, піроелектричні ефекти та п'єзоелектричні ефекти. У той же час, він має переваги широкосмугового оптичного вікна прозорості та довгострокової стабільності. Ці характеристики роблять LN важливою платформою для нового покоління інтегрованої фотоніки. В оптичних пристроях та оптоелектронних системах характеристики LN можуть забезпечити багаті функції та продуктивність, сприяючи розробці оптичної комунікації, оптичних обчислень та оптичних полів зондування. Однак, через слабкі властивості поглинання та ізоляції літію ніобату, інтегроване застосування літієвого ніобату все ще стикається з проблемою важкого виявлення. В останні роки звіти в цій галузі в основному включають інтегровані фотодетектори хвилеводу та фотодетектори гетероперехідної діяльності.
Інтегрований фотодетектор хвилеводу на основі літієвого ніобату зазвичай орієнтований на діапазон оптичної комунікації (1525-1565 нм). З точки зору функції, LN в основному відіграє роль керованих хвиль, тоді як функція оптоелектронного виявлення в основному покладається на напівпровідники, такі як кремнію, III-V вузькі напівпровідники та двовимірні матеріали. У такій архітектурі світло передається через літієві ніобатні оптичні хвилеводи з низькими втратами, а потім поглинається іншими напівпровідниковими матеріалами на основі фотоелектричних ефектів (наприклад, фотопровідності або фотоелектричних ефектів) для збільшення концентрації носіїв та перетворення його в електричні сигнали для виходу. Переваги - це висока робоча пропускна здатність (~ ГГц), низька робоча напруга, невеликий розмір та сумісність з інтеграцією фотонного чіпа. Однак через просторове розділення літієвих ніобатів та напівпровідникових матеріалів, хоча кожен з них виконує власні функції, LN відіграє лише роль у керівних хвилях та інших відмінних іноземних властивостях. Напівпровідникові матеріали відіграють лише роль у фотоелектричному перетворенні та відсутні взаємодоповнюючі зв'язки між собою, що призводить до відносно обмеженої діапазону. З точки зору конкретної реалізації, з'єднання світла від джерела світла до оптичного хвилеводу літію ніобату призводить до значних втрат та суворих вимог до процесу. Крім того, фактична оптична потужність світла, опроміненої на канал напівпровідникового пристрою в області з’єднання, важко калібрувати, що обмежує його продуктивність виявлення.
ТрадиційнийФотопрофеториВикористовується для візуалізаційних застосувань, як правило, базується на напівпровідникових матеріалах. Тому для літієвого ніобату його низька швидкість поглинання світла та ізоляційні властивості, безсумнівно, не сприяють дослідникам фотодетектора і навіть важким моментом у цій галузі. Однак розвиток гетероперехідної технології в останні роки принесло надію на дослідження фотодетекторів на основі літію на ніобаті. Інші матеріали з сильним поглинанням світла або відмінною провідністю можуть бути неоднорідно інтегровані з літієвим ніобатом для компенсації його недоліків. У той же час, спонтанна поляризація викликала піроелектричні характеристики ніобату літію через його структурну анізотропію, що можна контролювати шляхом перетворення в тепло при світлі опромінення, тим самим змінюючи піроелектричні характеристики для оптоелектронного виявлення. Цей тепловий ефект має переваги широкосмугового та самостійного водіння, і його можна добре доповнити та злиті з іншими матеріалами. Синхронне використання теплових та фотоелектричних ефектів відкрило нову епоху для фотодетекторів на основі літію, що дозволяє пристроям поєднувати переваги обох ефектів. І щоб компенсувати недоліки та досягти додаткової інтеграції переваг, це дослідницька точка в останні роки. Крім того, використання іонної імплантації, інженерії смуг та інженерії дефектів також є хорошим вибором для вирішення труднощів щодо виявлення літієвого ніобату. Однак, через високу труднощі з обробкою ніобату літію, це поле все ще стикається з великими проблемами, такими як низька інтеграція, пристрої та системи для зображень масиву, а також недостатня продуктивність, яка має велику цінність та простір.

Малюнок 1, використовуючи енергетичні стани в дефекті в межах LN Bandgap як донорські центри електронів, в діапазоні провідності генеруються носії вільних зарядки під збудженням видимого світла. Порівняно з попередніми піроелектричними фотодетекторами LN, які, як правило, обмежувались швидкістю реакції близько 100 Гц, цеЛН Фотопродуктмає більш швидку швидкість реакції до 10 кГц. Тим часом у цій роботі було продемонстровано, що іон магнію, легований ЛН, може досягти зовнішньої модуляції світла з відповіддю до 10 кГц. Ця робота сприяє дослідженню високоефективних таВисокошвидкісні фотодетектори LNПри побудові повністю функціональних фотонних чіпів LN-інтегрованих LN.
Підсумовуючи це, дослідницька сфераТонкі плівки літію Ніобат Фотодетекторимає важливе наукове значення та величезний потенціал практичного застосування. Надалі, з розробкою технології та поглибленням досліджень, фотодетектори тонкої плівки літію Ніобат (LN) розвиватимуться до більш високої інтеграції. Поєднання різних методів інтеграції для досягнення високоефективної, швидкої реакції та широкосмугової тонкої плівки літієвих ніобатних фотодетекторів у всіх аспектах стане реальністю, що значно сприятиме розвитку інтеграції на мікросхемі та інтелектуальних полів зондування та забезпечить більше можливостей для Нове покоління додатків для фотоніки.