Жука пленкалуу литий ниобаты (LN) фотодетектору

Жука пленкалуу литий ниобаты (LN) фотодетектору

Литий ниобаты (LN) уникалдуу кристаллдык түзүлүшкө жана бай физикалык эффекттерге ээ, мисалы, сызыктуу эмес эффекттер, электр-оптикалык эффекттер, пироэлектрдик эффекттер жана пьезоэлектрдик эффекттер. Ошол эле учурда, ал кең тилкелүү оптикалык тунуктук терезенин жана узак мөөнөттүү туруктуулуктун артыкчылыктарына ээ. Бул мүнөздөмөлөр LN интегралдык фотониканын жаңы мууну үчүн маанилүү платформа кылат. Оптикалык приборлордо жана оптоэлектрондук системаларда LNнин мүнөздөмөлөрү оптикалык байланыштын, оптикалык эсептөөлөрдүн жана оптикалык сезүү талааларынын өнүгүшүнө көмөктөшүүчү бай функцияларды жана аткарууну камсыздай алат. Бирок, литий ниобаттын начар жутуу жана изоляциялык касиеттеринен улам, литий ниобатын комплекстүү колдонуу дагы эле кыйын аныктоо көйгөйүнө туш келет. Акыркы жылдарда бул тармактагы отчеттор негизинен толкун өткөргүчтүү интегралдык фотодетекторлорду жана гетероожундук фотодетекторлорду камтыйт.
Литий ниобатка негизделген толкун өткөргүч интегралдык фотодетектор, адатта, оптикалык байланыш C-диапазонуна (1525-1565нм) багытталган. Функциясы жагынан LN негизинен башкарылган толкундардын ролун аткарат, ал эми оптоэлектрондук аныктоо функциясы негизинен кремний, III-V группа тар тилкелүү жарым өткөргүчтөр жана эки өлчөмдүү материалдар сыяктуу жарым өткөргүчтөргө таянат. Мындай архитектурада жарык литий ниобаты оптикалык толкун өткөргүчтөрү аркылуу аз жоготуу менен өткөрүлөт, андан кийин алып жүрүүчүнүн концентрациясын жогорулатуу жана аны чыгаруу үчүн электрдик сигналдарга айландыруу үчүн фотоэлектрдик эффекттердин негизинде (мисалы, фото өткөргүчтүк же фотоэлектрдик эффекттер) башка жарым өткөргүч материалдар менен сиңет. Артыкчылыктары жогорку иштөө өткөрүү жөндөмдүүлүгү (~ ГГц), иштөө чыңалуусунун аздыгы, кичинекей өлчөмү жана фотоникалык чип интеграциясы менен шайкештик. Бирок, литий ниобаты менен жарым өткөргүч материалдардын мейкиндикте бөлүнүшүнө байланыштуу, алардын ар бири өз функцияларын аткарса да, LN толкундарды жетектөөдө гана ролду ойнойт жана башка эң сонун чет элдик касиеттер жакшы колдонулган эмес. Жарым өткөргүч материалдар фотоэлектрдик конверсияда гана ролду ойнойт жана бири-бири менен толуктоочу байланышы жок, натыйжада салыштырмалуу чектелген иштөө тилкеси пайда болот. Конкреттүү ишке ашыруу жагынан, жарыктын жарык булагынан литий ниобат оптикалык толкун өткөргүчүнө кошулуусу олуттуу жоготууларга жана процесстин катуу талаптарына алып келет. Кошумчалай кетсек, бириктирүүчү аймактагы жарым өткөргүч аппараттын каналына нурлануучу жарыктын чыныгы оптикалык күчүн калибрлөө кыйын, бул анын аныктоо көрсөткүчтөрүн чектейт.
салттууфотодетекторлорсүрөттөө үчүн колдонулат, адатта, жарым өткөргүч материалдарга негизделген. Ошондуктан, литий niobate үчүн, анын төмөн жарык жутуу ылдамдыгы жана жылуулоо касиеттери, албетте, аны photodetector изилдөөчүлөр тарабынан жактырылган эмес, ал тургай, талаада кыйын чекит. Бирок, акыркы жылдары heterojunction технологиясын өнүктүрүү литий ниобатка негизделген photodetctors изилдөө үмүт алып келди. Күчтүү жарык сиңирүү же мыкты өткөрүмдүүлүк менен башка материалдар, анын кемчиликтерин ордун толтуруу үчүн литий ниобаты менен гетерогендүү бириктирилиши мүмкүн. Ошол эле учурда, структуралык анизотропиядан улам литий ниобаттын стихиялуу поляризациялык индукцияланган пироэлектрдик мүнөздөмөлөрү жарык нурлануу астында жылуулукка айландыруу аркылуу башкарылат, ошону менен оптоэлектрондук аныктоо үчүн пироэлектрдик мүнөздөмөлөрдү өзгөртүүгө болот. Бул жылуулук эффектиси кең тилкелүү жана өзүн-өзү айдоо артыкчылыктарына ээ жана башка материалдар менен толукталышы жана бириктирилиши мүмкүн. Термикалык жана фотоэлектрдик эффекттердин синхрондуу колдонулушу литий ниобатка негизделген фотодетекторлор үчүн жаңы доорду ачып, түзмөктөргө эки эффекттин тең артыкчылыктарын айкалыштырууга мүмкүндүк берди. Ал эми кемчиликтердин ордун толтуруу жана артыкчылыктарды толуктап интеграциялоо үчүн, Бул акыркы жылдарда изилдөө очогу болуп саналат. Мындан тышкары, ион имплантациясын, тилке инженериясын жана дефект инженериясын колдонуу да литий ниобаты аныктоо кыйынчылыгын чечүү үчүн жакшы тандоо болуп саналат. Бирок, литий niobate жогорку кайра иштетүү кыйынчылыгына байланыштуу, бул талаа дагы эле улуу изилдөө мааниси жана мейкиндикке ээ, мисалы, төмөн интеграция, массивдик сүрөттөрдү аппараттар жана системалар, жана жетишсиз аткаруу сыяктуу чоң кыйынчылыктарга дуушар болот.

1-сүрөт, LN тилкесинин ичиндеги кемтик энергетикалык абалдарды электрон донордук борборлор катары колдонуу менен, көзгө көрүнгөн жарыктын дүүлүгүүсүндө өткөргүч тилкеде эркин зарядды алып жүрүүчүлөр пайда болот. Адатта 100 Гц тегерегинде жооп берүү ылдамдыгы менен чектелген мурунку пироэлектрдик LN фотодетекторлоруна салыштырмалуу, булLN фотодетектор10kHz чейин тезирээк жооп ылдамдыгы бар. Ошол эле учурда, бул иш, ал магний ион кошулган LN 10kHz чейин жооп менен тышкы жарык модуляциясын жетиши мүмкүн экенин көрсөттү. Бул иш жогорку ендурумдуу жана илимий-изилдеелерду енуктуруугежогорку ылдамдыктагы LN фотодетекторлортолук функционалдык бир чиптүү интеграцияланган LN фотоникалык чиптерди курууда.
Кыскача айтканда, изилдөө чөйрөсүжука пленкалы литий ниобаттык фотодетекторлормаанилүү илимий мааниси жана эбегейсиз зор практикалык колдонуу потенциалы бар. Келечекте, технологиянын өнүгүшү жана изилдөөлөрдүн тереңдеши менен жука пленкадагы литий ниобаты (LN) фотодетекторлору жогорку интеграцияга карай өнүгөт. Бардык аспектилерде жогорку өндүрүмдүүлүккө, тез жооп берүүгө жана кең тилкелүү ичке пленкалуу литий ниобаттык фотодетекторлорго жетүү үчүн ар кандай интеграциялык ыкмаларды айкалыштыруу реалдуулукка айланат, бул чиптеги интеграцияны жана акылдуу сезүү талааларын өнүктүрүүгө чоң өбөлгө түзөт жана жаңы муундагы фотоникалык колдонмолор үчүн көбүрөөк мүмкүнчүлүктөрдү берет.