Yupqa plyonkali lityum niobati (LN) fotodetektori
Lityum niobati (LN) noyob kristall tuzilishga va chiziqli bo'lmagan effektlar, elektro-optik effektlar, piroelektrik effektlar va pyezoelektrik effektlar kabi boy fizik effektlarga ega. Shu bilan birga, u keng polosali optik shaffoflik oynasi va uzoq muddatli barqarorlikning afzalliklariga ega. Bu xususiyatlar LNni yangi avlod integratsiyalashgan fotonika uchun muhim platformaga aylantiradi. Optik qurilmalar va optoelektronik tizimlarda LNning xususiyatlari boy funktsiyalar va ishlashni ta'minlashi mumkin, bu optik aloqa, optik hisoblash va optik sezish maydonlarining rivojlanishiga yordam beradi. Biroq, lityum niobatining zaif yutilish va izolyatsiya xususiyatlari tufayli lityum niobatining integratsiyalashgan qo'llanilishi hali ham qiyin aniqlash muammosiga duch kelmoqda. So'nggi yillarda ushbu sohadagi hisobotlar asosan to'lqin yo'naltiruvchi integratsiyalashgan fotodetektorlar va heterojunction fotodetektorlarini o'z ichiga oladi.
Lityum niobataga asoslangan to'lqin o'tkazgichli integratsiyalashgan fotodetektor odatda optik aloqa C-diapazoniga (1525-1565nm) qaratilgan. Funktsiya jihatidan LN asosan yo'naltirilgan to'lqinlar rolini o'ynaydi, optoelektronik aniqlash funktsiyasi esa asosan kremniy, III-V guruh tor tarmoqli oralig'i yarimo'tkazgichlari va ikki o'lchovli materiallar kabi yarimo'tkazgichlarga tayanadi. Bunday arxitekturada yorug'lik lityum niobata optik to'lqin o'tkazgichlari orqali kam yo'qotish bilan uzatiladi va keyin tashuvchilar konsentratsiyasini oshirish va uni chiqish uchun elektr signallariga aylantirish uchun fotoelektrik effektlarga asoslangan boshqa yarimo'tkazgich materiallar (masalan, fotoo'tkazuvchanlik yoki fotovoltaik effektlar) tomonidan so'riladi. Afzalliklari yuqori ishchi o'tkazish qobiliyati (~GHz), past ish kuchlanishi, kichik o'lcham va fotonik chip integratsiyasi bilan moslikdir. Biroq, lityum niobata va yarimo'tkazgich materiallarining fazoviy ajralishi tufayli, ularning har biri o'z funktsiyalarini bajarsa ham, LN faqat yo'naltiruvchi to'lqinlarda rol o'ynaydi va boshqa ajoyib begona xususiyatlar yaxshi qo'llanilmagan. Yarimo'tkazgich materiallari faqat fotoelektrik konversiyalarda rol o'ynaydi va bir-biri bilan qo'shimcha bog'lanishga ega emas, natijada nisbatan cheklangan ishchi diapazon hosil bo'ladi. Muayyan amalga oshirish nuqtai nazaridan, yorug'lik manbasidan lityum niobat optik to'lqin yo'riqchisiga yorug'likning ulanishi sezilarli yo'qotishlarga va qat'iy jarayon talablariga olib keladi. Bundan tashqari, ulanish sohasidagi yarimo'tkazgich qurilma kanaliga nurlantirilgan yorug'likning haqiqiy optik kuchini kalibrlash qiyin, bu esa uning aniqlash samaradorligini cheklaydi.
An'anaviyfotodetektorlarTasvirlash uchun ishlatiladigan materiallar odatda yarimo'tkazgichli materiallarga asoslangan. Shuning uchun, lityum niobati uchun uning past yorug'lik yutilish tezligi va izolyatsiya xususiyatlari uni shubhasiz fotodetektor tadqiqotchilari tomonidan yoqtirilmaydi va hatto bu sohada qiyin nuqtaga aylantiradi. Biroq, so'nggi yillarda heterojunction texnologiyasining rivojlanishi lityum niobati asosidagi fotodetektorlarni tadqiq qilishga umid bag'ishladi. Kuchli yorug'lik yutilishi yoki ajoyib o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan boshqa materiallar uning kamchiliklarini qoplash uchun lityum niobati bilan heterojen ravishda integratsiya qilinishi mumkin. Shu bilan birga, lityum niobatining strukturaviy anizotropiyasi tufayli uning o'z-o'zidan polyarizatsiya keltirib chiqaradigan piroelektrik xususiyatlari yorug'lik nurlanishi ostida issiqlikka aylantirish orqali boshqarilishi mumkin, shu bilan optoelektronik aniqlash uchun piroelektrik xususiyatlarini o'zgartiradi. Bu issiqlik effekti keng polosali va o'z-o'zini boshqarish afzalliklariga ega va boshqa materiallar bilan yaxshi to'ldirilishi va birlashtirilishi mumkin. Issiqlik va fotoelektrik effektlardan sinxron foydalanish lityum niobati asosidagi fotodetektorlar uchun yangi davrni ochdi, bu qurilmalarga ikkala effektning afzalliklarini birlashtirish imkonini berdi. Kamchiliklarni qoplash va afzalliklarning qo'shimcha integratsiyasiga erishish uchun bu so'nggi yillarda tadqiqotning eng qizg'in nuqtasi hisoblanadi. Bundan tashqari, ion implantatsiyasi, tasma muhandisligi va nuqson muhandisligidan foydalanish ham lityum niobati aniqlash qiyinchiliklarini hal qilish uchun yaxshi tanlovdir. Biroq, lityum niobatining yuqori ishlov berish qiyinligi tufayli, bu soha hali ham past integratsiya, massiv tasvirlash qurilmalari va tizimlari va yetarli darajada ishlash kabi katta muammolarga duch kelmoqda, bu esa katta tadqiqot qiymati va maydoniga ega.
1-rasmda, LN tasma oralig'idagi nuqson energiya holatlarini elektron donor markazlari sifatida qo'llanilganda, ko'rinadigan yorug'lik qo'zg'alishi ostida o'tkazuvchanlik zonasida erkin zaryad tashuvchilar hosil bo'ladi. Odatda 100 Gts atrofida javob tezligi bilan cheklangan avvalgi piroelektrik LN fotodetektorlari bilan taqqoslaganda, buLN fotodetektori10 kHz gacha tezroq javob berish tezligiga ega. Shu bilan birga, ushbu ishda magniy ionlari bilan lehimlangan LN 10 kHz gacha bo'lgan javob bilan tashqi yorug'lik modulyatsiyasiga erishishi mumkinligi ko'rsatildi. Ushbu ish yuqori samarali va tadqiqotlarni ilgari suradi.yuqori tezlikdagi LN fotodetektorlarito'liq funktsional bitta chipli integratsiyalashgan LN fotonik chiplarini yaratishda.
Xulosa qilib aytganda, tadqiqot sohasiyupqa plyonkali lityum niobat fotodetektorlarimuhim ilmiy ahamiyatga va ulkan amaliy qo'llanilish salohiyatiga ega. Kelajakda texnologiyaning rivojlanishi va tadqiqotlarning chuqurlashishi bilan yupqa plyonkali lityum niobat (LN) fotodetektorlari yuqori integratsiyaga qarab rivojlanadi. Yuqori samarali, tezkor javob beruvchi va keng polosali yupqa plyonkali lityum niobat fotodetektorlariga barcha jihatlarda erishish uchun turli integratsiya usullarini birlashtirish haqiqatga aylanadi, bu esa chipdagi integratsiya va aqlli sezish sohalarini rivojlantirishga katta hissa qo'shadi va yangi avlod fotonika ilovalari uchun ko'proq imkoniyatlar yaratadi.
Nashr vaqti: 2025-yil 17-fevral