Ohutkalvon litium -niobate (LN) fotodetector
Litium-niobaatilla (LN) on ainutlaatuinen kiderakenne ja rikkaat fysikaaliset vaikutukset, kuten epälineaariset vaikutukset, sähköoptiset vaikutukset, pyroelektriset vaikutukset ja pietsosähköiset vaikutukset. Samanaikaisesti sillä on laajakaistan optisen läpinäkyvyysikkunan ja pitkäaikaisen vakauden edut. Nämä ominaisuudet tekevät LN: stä tärkeän alustan integroidun fotoniikan uudelle sukupolvelle. Optisissa laitteissa ja optoelektronisissa järjestelmissä LN: n ominaisuudet voivat tarjota rikkaat toiminnot ja suorituskyvyn edistäen optisen viestinnän, optisen laskenta- ja optisen tunnistuskenttien kehitystä. Litium -niobaatin heikosta imeytymis- ja eristysominaisuudesta johtuen litium -niobaatin integroidulla levityksellä on kuitenkin edelleen vaikea havaitsemisongelma. Viime vuosina tämän alan raportit sisältävät pääasiassa aaltojohto -integroidut fotodeektorit ja heterojunction fotodeektorit.
Litium-niobaattiin perustuva integroitu aaltojohto on yleensä keskittynyt optiseen viestinnän C-kaistaan (1525-1565 nm). Funktion kannalta LN pelaa pääasiassa opastettujen aaltojen roolia, kun taas optoelektroninen havaitsemisfunktio riippuu pääasiassa puolijohteista, kuten piista, III-V-ryhmästä kapeat kaistanoston puolijohteet ja kaksiulotteiset materiaalit. Tällaisessa arkkitehtuurissa valo siirretään litium -niobaatti -optisten aaltoputkien avulla, joilla on alhainen häviö, ja sitten absorboivat muut puolijohdemateriaalit, jotka perustuvat valosähköisiin vaikutuksiin (kuten valojohde tai aurinkosähkövaikutukset), jotta kantoaaltokonsentraatiot voidaan lisätä ja muuntaa sen sähköisiksi signaaleiksi lähtöä varten. Edut ovat korkea kaistanleveys (~ GHz), matala käyttöjännite, pieni koko ja yhteensopivuus fotonisen sirun integroinnin kanssa. Lithium -niobaatti- ja puolijohdemateriaalien alueellisen erottelun vuoksi, vaikka ne suorittavat kumpikin omia toimintojaan, LN: llä on vain rooli aaltojen ohjaamisessa ja muissa erinomaisissa vieraissa kiinteistöissä ei ole käytetty hyvin. Puolijohdemateriaaleilla on vain rooli fotoelektrisessä muuntamisessa, ja heillä ei ole komplementaarista kytkemistä toistensa kanssa, mikä johtaa suhteellisen rajoitettuun käyttökaistan. Erityisen toteutuksen kannalta valon kytkentä valonlähteestä litium -niobaatti -optiseen aaltojohtoon johtaa merkittäviin häviöihin ja tiukkoihin prosessivaatimuksiin. Lisäksi kytkentäalueella säteilytetyn valon todellista optista tehoa on vaikea kalibroida, mikä rajoittaa sen havaitsemissuorituskykyä.
PerinteinenfotodeektoritKuvankäsittelysovelluksiin käytetään yleensä puolijohdemateriaaleja. Siksi litium -niobaatille sen alhainen valon imeytymisnopeus ja eristysominaisuudet tekevät siitä epäilemättä fotodetektoritutkijoiden suosimista ja jopa vaikeaa kohtaa kentällä. Heterojunktiotekniikan kehittäminen viime vuosina on kuitenkin tuonut toivoa litium -niobaattipohjaisten fotodeektorien tutkimukselle. Muut materiaalit, joilla on voimakas valon imeytyminen tai erinomainen johtavuus, voidaan integroida heterogeenisesti litium -niobaattia sen puutteiden kompensoimiseksi. Samanaikaisesti spontaani polarisaatio indusoi litiuminiobaatin pyroelektriset ominaisuudet sen rakenteellisesta anisotropiasta johtuen muuttamalla lämmön valon säteilytyksessä, muuttaen siten pyroelektrisiä ominaisuuksia optoelektronisen havaitsemiseksi. Tällä lämpövaikutuksella on laajakaista- ja itse ajo -edut, ja sitä voidaan täydentää ja sulauttaa muiden materiaalien kanssa. Lämpö- ja valosähköisten vaikutusten synkroninen hyödyntäminen on avannut uuden aikakauden litium -niobaattipohjaisille fotodeektorille, mikä mahdollistaa laitteiden yhdistämisen molempien vaikutusten eduista. Ja korvata puutteet ja saavuttaa etujen täydentävä integroituminen, se on tutkimuspiste viime vuosina. Lisäksi ionin implantaation, kaistatekniikan ja vikojen tekniikan hyödyntäminen on myös hyvä valinta ratkaista litium -niobaatin havaitsemisen vaikeus. Litium -niobaatin suurten prosessointivaikeuksien vuoksi tällä kentällä on edelleen suuria haasteita, kuten matala integraatio, taulukon kuvantamislaitteet ja järjestelmät ja riittämätön suorituskyky, jolla on suuri tutkimusarvo ja tila.
Kuvio 1 Käyttämällä LN -kaistalevyn vikaenergiatiloja elektronien luovuttajakeskuksina, vapaan varauksen kantajat syntyy johtamiskaistalla näkyvän valon virityksen alla. Verrattuna aikaisempiin pyroelektrisiin LN -valodetektoreihin, jotka olivat tyypillisesti rajoitettuja noin 100 Hz: n vasteasemiseen, tämäValodetektorion nopeampi vasteen nopeus jopa 10 kHz. Samaan aikaan tässä työssä osoitettiin, että magnesiumioni -seostettu LN voi saavuttaa ulkoisen valonmodulaation vasteena jopa 10 kHz. Tämä työ edistää korkean suorituskyvyn tutkimusta jaNopeat LN-valodetektorittäysin toiminnallisen yksikirkan integroidun LN-fotonisen sirun rakentamisessa.
Yhteenvetonaohutkalvo litium niobate valotektoriton tärkeä tieteellinen merkitys ja valtava käytännön soveltamispotentiaali. Jatkossa tekniikan kehityksen ja tutkimuksen syventämisen myötä ohuen kalvon litium -niobaatti (LN) -valodeektorit kehittyvät kohti korkeampaa integraatiota. Yhdistämällä erilaiset integraatiomenetelmät korkean suorituskyvyn, nopean vasteen ja laajakaistaisen ohuen kalvon litium-niobaattivalodeektorien saavuttamiseksi kaikilla näkökohdilla tulee todellisuus, mikä edistää huomattavasti siru-integraation ja älykkäiden tunnistuskenttien kehitystä ja tarjoaa enemmän mahdollisuuksia varten. Uuden sukupolven fotonikkosovelluksia.
Viestin aika: helmikuu 17-2025