Yupqa plyonkali lityum niobat (LN) fotodetektori

Yupqa plyonkali lityum niobat (LN) fotodetektori

Lityum niobat (LN) noyob kristall tuzilishga ega va chiziqli bo'lmagan effektlar, elektro-optik effektlar, piroelektrik effektlar va piezoelektrik effektlar kabi boy jismoniy ta'sirga ega. Shu bilan birga, u keng polosali optik shaffoflik oynasi va uzoq muddatli barqarorlikning afzalliklariga ega. Bu xususiyatlar LNni yangi avlod integratsiyalangan fotonik uchun muhim platformaga aylantiradi. Optik qurilmalar va optoelektronik tizimlarda LN ning xarakteristikalari optik aloqa, optik hisoblash va optik sezish maydonlarini rivojlantirishga yordam beradigan boy funktsiyalar va ishlashni ta'minlashi mumkin. Biroq, lityum niobatning zaif assimilyatsiya va izolyatsiyalash xususiyatlari tufayli, lityum niobatning integratsiyalashgan qo'llanilishi hali ham qiyin aniqlash muammosiga duch kelmoqda. So'nggi yillarda ushbu sohadagi hisobotlar asosan to'lqinli integratsiyalangan fotodetektorlarni va heterounction fotodetektorlarini o'z ichiga oladi.
Lityum niobatga asoslangan to'lqinli o'rnatilgan fotodetektor odatda optik aloqa C-diapazoni (1525-1565nm) ga qaratilgan. Funktsiya nuqtai nazaridan LN asosan boshqariladigan to'lqinlar rolini o'ynaydi, optoelektronik aniqlash funktsiyasi asosan kremniy, III-V guruhi tor tarmoqli yarimo'tkazgichlar va ikki o'lchovli materiallar kabi yarim o'tkazgichlarga tayanadi. Bunday arxitekturada yorug'lik lityum niobat optik to'lqin yo'llari orqali kam yo'qotish bilan uzatiladi va keyin tashuvchining kontsentratsiyasini oshirish va uni chiqish uchun elektr signallariga aylantirish uchun fotoelektrik effektlar (foto o'tkazuvchanlik yoki fotovoltaik effektlar kabi) asosida boshqa yarimo'tkazgich materiallari tomonidan so'riladi. Afzalliklari yuqori ish o'tkazish qobiliyati (~GHz), past ish kuchlanishi, kichik o'lcham va fotonik chip integratsiyasi bilan muvofiqligi. Biroq, lityum niobat va yarimo'tkazgich materiallarining fazoviy bo'linishi tufayli, ularning har biri o'z funktsiyalarini bajarishiga qaramasdan, LN faqat to'lqinlarni boshqarishda rol o'ynaydi va boshqa ajoyib xorijiy xususiyatlar yaxshi qo'llanilmagan. Yarimo'tkazgichli materiallar faqat fotoelektrik konversiyada rol o'ynaydi va bir-birini to'ldiruvchi bog'lanishga ega emas, bu esa nisbatan cheklangan ish diapazoniga olib keladi. Muayyan amalga oshirish nuqtai nazaridan yorug'likning yorug'lik manbasidan lityum niobat optik to'lqin qo'llanmasiga ulanishi sezilarli yo'qotishlarga va qat'iy jarayon talablariga olib keladi. Bunga qo'shimcha ravishda, birlashma hududida yarimo'tkazgichli qurilma kanaliga nurlangan yorug'likning haqiqiy optik quvvatini kalibrlash qiyin, bu uning aniqlash ish faoliyatini cheklaydi.
An'anaviyfotodetektorlartasvirlash uchun qo'llaniladigan ilovalar odatda yarimo'tkazgichli materiallarga asoslangan. Shuning uchun, lityum niobat uchun uning past yorug'lik assimilyatsiya qilish darajasi va izolyatsion xususiyatlari, shubhasiz, fotodetektor tadqiqotchilari tomonidan yoqmaydi va hatto bu sohada qiyin nuqta. Biroq, so'nggi yillarda heterojunction texnologiyasining rivojlanishi lityum niobat asosidagi fotodetektorlarni tadqiq qilish uchun umid uyg'otdi. Kuchli yorug'lik singishi yoki mukammal o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan boshqa materiallar uning kamchiliklarini qoplash uchun lityum niobat bilan heterojen tarzda birlashtirilishi mumkin. Shu bilan birga, lityum niobatning strukturaviy anizotropiyasi tufayli o'z-o'zidan qutblanish natijasida paydo bo'lgan piroelektrik xususiyatlarini yorug'lik nurlanishi ostida issiqlikka aylantirish orqali boshqarish mumkin va shu bilan optoelektronik aniqlash uchun piroelektrik xususiyatlarni o'zgartirish mumkin. Ushbu termal effekt keng polosali va o'z-o'zidan haydashning afzalliklariga ega va boshqa materiallar bilan yaxshi to'ldirilishi va birlashtirilishi mumkin. Termal va fotoelektrik effektlardan sinxron foydalanish litiy niobat asosidagi fotodetektorlar uchun yangi davrni ochdi, bu esa qurilmalarga ikkala effektning afzalliklarini birlashtirish imkonini beradi. Va kamchiliklarni bartaraf etish va afzalliklarni to'ldiruvchi integratsiyaga erishish uchun bu so'nggi yillarda tadqiqot nuqtasidir. Bundan tashqari, ion implantatsiyasi, tarmoqli muhandislik va nuqsonli muhandislikdan foydalanish ham lityum niobatni aniqlash qiyinligini hal qilish uchun yaxshi tanlovdir. Biroq, lityum niobatning yuqori qayta ishlash qiyinligi tufayli, bu soha hali ham katta tadqiqot qiymati va maydoniga ega bo'lgan past integratsiya, massivli tasvirlash qurilmalari va tizimlari va etarli darajada ishlash kabi katta muammolarga duch kelmoqda.

1-rasm, elektron donor markazlari sifatida LN diapazonidagi nuqsonli energiya holatlaridan foydalanib, ko'rinadigan yorug'lik qo'zg'alishi ostida o'tkazuvchanlik zonasida erkin zaryad tashuvchilar hosil bo'ladi. Odatda 100 Gts atrofida javob tezligi bilan chegaralangan oldingi piroelektrik LN fotodetektorlari bilan solishtirganda, buLN fotodetektori10 kHz gacha tezroq javob tezligiga ega. Shu bilan birga, ushbu ishda magniy ioni bilan qo'shilgan LN 10 kHz gacha bo'lgan javob bilan tashqi yorug'lik modulyatsiyasiga erisha olishi ko'rsatildi. Bu ish yuqori samarali va bo'yicha tadqiqotlarni rag'batlantiradiyuqori tezlikdagi LN fotodetektorlarito'liq funktsional bir chipli integratsiyalangan LN fotonik chiplarini qurishda.
Xulosa qilib aytganda, tadqiqot sohasiyupqa plyonkali litiy niobat fotodetektorlarimuhim ilmiy ahamiyatga ega va ulkan amaliy qo‘llash salohiyatiga ega. Kelajakda texnologiyaning rivojlanishi va tadqiqotlarning chuqurlashishi bilan yupqa plyonkali lityum niobat (LN) fotodetektorlari yuqori integratsiyaga qarab rivojlanadi. Har tomonlama yuqori samarali, tezkor javob beradigan va keng polosali yupqa plyonkali lityum niobat fotodetektorlariga erishish uchun turli xil integratsiya usullarini birlashtirish haqiqatga aylanadi, bu esa chipdagi integratsiya va aqlli sezish maydonlarini rivojlantirishga katta yordam beradi va yangi avlod fotonik ilovalari uchun ko'proq imkoniyatlar beradi.