Cienki film litowy (LN) fotodetektor

Cienki film litowy (LN) fotodetektor

Lit-niobate (LN) ma unikalną strukturę krystaliczną i bogate efekty fizyczne, takie jak efekty nieliniowe, efekty elektrooptyczne, efekty piroelektryczne i efekty piezoelektryczne. Jednocześnie ma zalety szerokopasmowego okna przezroczystości i długoterminowej stabilności. Te cechy sprawiają, że LN jest ważną platformą dla nowej generacji zintegrowanej fotoniki. W urządzeniach optycznych i systemach optoelektronicznych charakterystyka LN może zapewnić bogate funkcje i wydajność, promując opracowanie komunikacji optycznej, przetwarzania optycznego i optycznych pól wykrywania. Jednak ze względu na słabe właściwości absorpcji i izolacji litu niobate zintegrowane zastosowanie litu niobate nadal stanowi problem trudnego wykrywania. W ostatnich latach raporty w tej dziedzinie obejmują głównie zintegrowane falowodu fotodetektory i heterozochwę fotodetektorów.
Zintegrowany falowód fotodetektor oparty na litowym niobate zwykle koncentruje się na optycznym pasmie C (1525-1565 nm). Jeśli chodzi o funkcję, LN odgrywa głównie rolę fal przewodniczych, podczas gdy funkcja wykrywania optoelektronicznego opiera się głównie na półprzewodnikach, takich jak krzemion, grupa wąskie półprzewodnikowy bandgap i materiały dwuwymiarowe. W takiej architekturze światło jest przenoszone przez litowe falowody optyczne z niską stratą, a następnie wchłaniane przez inne materiały półprzewodnikowe oparte na efektach fotoelektrycznych (takich jak fotokonduktywność lub efekty fotowoltaiczne) w celu zwiększenia stężenia nośnika i przekształcenia go w sygnały elektryczne dla wyjściowej. Zaletami są wysoka przepustowość obsługi (~ GHz), niskie napięcie robocze, niewielki rozmiar i kompatybilność z integracją chipów fotonicznych. Jednak ze względu na przestrzenne oddzielenie litu niobate i materiałów półprzewodników, chociaż każdy z nich pełni własne funkcje, LN odgrywa jedynie rolę w kierowaniu falami, a inne doskonałe nieruchomości obce nie były dobrze wykorzystywane. Materiały półprzewodników odgrywają jedynie rolę w konwersji fotoelektrycznej i brakuje uzupełniającego się sprzęgania, co powoduje stosunkowo ograniczone pasmo operacyjne. Pod względem konkretnej implementacji sprzężenie światła ze źródła światła do falowodu optycznego litu powoduje znaczne straty i ścisłe wymagania procesu. Ponadto faktyczna moc optyczna światła napromieniowana na kanale urządzeń półprzewodnikowych w obszarze sprzęgającym jest trudny do skalibrowania, co ogranicza jego wydajność wykrywania.
TradycyjnyfotodetektoryStosowane do aplikacji do obrazowania są zwykle oparte na materiałach półprzewodnikowych. Dlatego w przypadku litu niobate jego niskie szybkość absorpcji światła i właściwości izolacyjne sprawiają, że bez wątpienia nie faworyzuje go badaczy fotodetektora, a nawet trudny punkt w terenie. Jednak rozwój technologii heterOjunction w ostatnich latach przyniósł nadzieję na badania fotodetektorów opartych na litach. Inne materiały o silnej wchłanianiu światła lub doskonałej przewodności można heterogenicznie zintegrować z litowym niobate, aby zrekompensować jego niedociągnięcia. Jednocześnie spontaniczna polaryzacja indukowała charakterystykę piroelektryczną litowo -niobiniatu ze względu na jego anizotropię strukturalną można kontrolować poprzez przekształcenie ciepła w napromieniowaniu lekkim, zmieniając w ten sposób cechy piroelektryczne do wykrywania optoelektronicznego. Ten efekt termiczny ma zalety szerokopasmowego i samoreagowania, a także można go dobrze uzupełnić i połączyć z innymi materiałami. Synchroniczne wykorzystanie efektów termicznych i fotoelektrycznych otworzyło nową erę dla fotodetektorów opartych na litach niobate, umożliwiając urządzeniom łączenie zalet obu efektów. Aby zrekompensować niedociągnięcia i osiągnąć uzupełniającą się integrację korzyści, jest to hotspot badawczy w ostatnich latach. Ponadto wykorzystanie implantacji jonowej, inżynierii pasm i inżynierii defektów jest również dobrym wyborem w celu rozwiązania trudności w wykryciu litu. Jednak ze względu na wysoką trudność przetwarzania litu niobate, ta dziedzina nadal stoi przed wielkimi wyzwaniami, takimi jak niska integracja, urządzenia i systemy obrazowania tablicy oraz niewystarczająca wydajność, która ma dużą wartość badań i przestrzeń.

Ryc. 1, Wykorzystując stany energii wad w ramach pasma LN jako centra dawcy elektronów, nosiciele bezpłatne są generowane w paśmie przewodnictwa przy wzbudzeniu światła widzialnym. W porównaniu z poprzednimi fotodetektorami Pyroelektrycznymi LN, które zwykle były ograniczone do prędkości odpowiedzi około 100 Hz, toLN fotodetektorma szybszą szybkość reakcji do 10 kHz. Tymczasem w tej pracy wykazano, że LN domieszki jonów magnezu może osiągnąć zewnętrzną modulację światła z odpowiedzią do 10 kHz. Ta praca promuje badania dotyczące wysokiej wydajności iszybkie fotodetektory LNW konstrukcji w pełni funkcjonalnych zintegrowanych układów fotonicznych LN.
Podsumowując, dziedzina badańcienki film fotodetektory litowo -niobateMa ważny znaczenie naukowe i ogromny potencjał praktyczny. W przyszłości, wraz z rozwojem technologii i pogłębianiem badań, fotodetektory litowe (LN) cienkie folii (LN) będą rozwijać się w kierunku wyższej integracji. Łączenie różnych metod integracji w celu uzyskania wysokiej wydajności, szybkiej reakcji i szerokopasmowej cienkiej folii fotodetektorów litowych niobate we wszystkich aspektach stanie się rzeczywistością, która znacznie promuje rozwój integracji na chipu i inteligentnych pól wykrywania oraz zapewni więcej możliwości dla Nowa generacja aplikacji fotonicznych.