Жука пленкалуу литий ниобаты (LN) фотодетектору

Жука пленкалуу литий ниобаты (LN) фотодетектору

Литий ниобаты (ЛН) уникалдуу кристаллдык түзүлүшкө жана сызыктуу эмес эффекттер, электро-оптикалык эффекттер, пироэлектрдик эффекттер жана пьезоэлектрдик эффекттер сыяктуу бай физикалык эффекттерге ээ. Ошол эле учурда, ал кең тилкелүү оптикалык тунуктук терезеси жана узак мөөнөттүү туруктуулук сыяктуу артыкчылыктарга ээ. Бул мүнөздөмөлөр ЛНны интеграцияланган фотониканын жаңы муундагы маанилүү платформага айлантат. Оптикалык түзүлүштөрдө жана оптоэлектрондук системаларда ЛНнын мүнөздөмөлөрү бай функцияларды жана иштөөнү камсыз кылып, оптикалык байланыштын, оптикалык эсептөөнүн жана оптикалык сезүү талааларынын өнүгүшүнө өбөлгө түзөт. Бирок, литий ниобатынын алсыз сиңирүү жана изоляциялоо касиеттеринен улам, литий ниобатын интеграцияланган колдонуу дагы эле татаал аныктоо көйгөйүнө туш болууда. Акыркы жылдары бул тармактагы отчетторго негизинен толкун өткөргүч интеграцияланган фотодетекторлор жана гетероөткөргүч фотодетекторлор кирет.
Литий ниобатына негизделген толкун өткөргүч интеграцияланган фотодетектор, адатта, оптикалык байланыш C-диапазонуна (1525-1565 нм) багытталган. Функциясы боюнча, LN негизинен багытталган толкундардын ролун ойнойт, ал эми оптоэлектрондук аныктоо функциясы негизинен кремний, III-V тобундагы тар тилкелүү жарым өткөргүчтөр жана эки өлчөмдүү материалдар сыяктуу жарым өткөргүчтөргө таянат. Мындай архитектурада жарык литий ниобатынын оптикалык толкун өткөргүчтөрү аркылуу аз жоготуу менен өткөрүлөт, андан кийин фотоэлектрдик эффекттерге негизделген башка жарым өткөргүч материалдар (мисалы, фотоөткөргүчтүк же фотоэлектрдик эффекттер) тарабынан сиңирилип, ташуучулардын концентрациясын жогорулатат жана аны чыгаруу үчүн электрдик сигналдарга айландырат. Артыкчылыктары - жогорку иштөө жөндөмдүүлүгү (~GHz), төмөнкү иштөө чыңалуу, кичинекей өлчөм жана фотондук чип интеграциясы менен шайкештик. Бирок, литий ниобатынын жана жарым өткөргүч материалдардын мейкиндикте бөлүнүшүнөн улам, алардын ар бири өз функцияларын аткарса да, LN багыттоочу толкундарда гана роль ойнойт жана башка эң сонун бөтөн касиеттер жакшы колдонулган эмес. Жарым өткөргүч материалдар фотоэлектрдик конверсияда гана роль ойнойт жана бири-бири менен толуктоочу байланышка ээ эмес, натыйжада иштөө тилкеси салыштырмалуу чектелүү. Конкреттүү ишке ашыруу жагынан алганда, жарык булагынан литий ниобаты оптикалык толкун өткөргүчүнө жарыктын кошулушу олуттуу жоготууларга жана катуу процесстик талаптарга алып келет. Мындан тышкары, туташуу аймагындагы жарым өткөргүч түзүлүш каналына нурландырылган жарыктын чыныгы оптикалык кубаттуулугун калибрлөө кыйын, бул анын аныктоо жөндөмүн чектейт.
салттууфотодетекторлорСүрөткө тартуу колдонмолорунда колдонулган материалдар, адатта, жарым өткөргүч материалдарга негизделген. Ошондуктан, литий ниобаты үчүн анын жарыкты сиңирүү ылдамдыгынын төмөндүгү жана изоляциялык касиеттери аны фотодетектор изилдөөчүлөрү тарабынан жактырылбайт жана ал тургай бул тармактагы кыйын жагдайга айлантат. Бирок, акыркы жылдары гетероөткөрүү технологиясынын өнүгүшү литий ниобатына негизделген фотодетекторлорду изилдөөгө үмүт алып келди. Күчтүү жарыкты сиңирүү же мыкты өткөрүмдүүлүккө ээ болгон башка материалдарды анын кемчиликтерин компенсациялоо үчүн литий ниобаты менен гетерогендүү интеграциялоого болот. Ошол эле учурда, литий ниобатынын структуралык анизотропиясынан улам пайда болгон өзүнөн-өзү поляризацияланган пироэлектрдик мүнөздөмөлөрүн жарык нурлануусу астында жылуулукка айландыруу менен башкарууга болот, ошону менен оптоэлектрондук аныктоо үчүн пироэлектрдик мүнөздөмөлөрдү өзгөртүүгө болот. Бул жылуулук эффектиси кең тилкелүү жана өзүн-өзү айдоо артыкчылыктарына ээ жана башка материалдар менен жакшы толукталып, биригип кетиши мүмкүн. Жылуулук жана фотоэлектрдик эффекттерди синхрондуу колдонуу литий ниобатына негизделген фотодетекторлор үчүн жаңы доорду ачты, бул түзмөктөргө эки эффекттин тең артыкчылыктарын айкалыштырууга мүмкүндүк берет. Ал эми кемчиликтерди толтуруу жана артыкчылыктардын бири-бирин толуктоочу интеграциясына жетүү үчүн, ал акыркы жылдардагы изилдөөнүн эң популярдуу жери болуп саналат. Мындан тышкары, ион имплантациясын, тилкелүү инженерияны жана кемчилик инженериясын колдонуу литий ниобатын аныктоодогу кыйынчылыктарды чечүү үчүн да жакшы тандоо болуп саналат. Бирок, литий ниобатын иштетүүдөгү жогорку кыйынчылыктан улам, бул тармак дагы эле интеграциянын төмөндүгү, массивдик сүрөткө тартуу түзмөктөрү жана системалары, ошондой эле жетишсиз иштөө сыяктуу чоң кыйынчылыктарга туш болууда, бул изилдөө үчүн чоң мааниге жана орунга ээ.

1-сүрөттө, LN тыюу салынган тилкесиндеги кемчилик энергия абалдарын электрондук донордук борборлор катары колдонуу менен, көрүнгөн жарыктын дүүлүктүрүүсү астында өткөргүч тилкеде эркин заряд алып жүрүүчүлөр пайда болот. Мурунку пироэлектрдик LN фотодетекторлоруна салыштырмалуу, алар адатта 100 Гц тегерегиндеги жооп берүү ылдамдыгы менен чектелген, булLN фотодетектору10 кГц чейин тезирээк жооп берүү ылдамдыгына ээ. Ошол эле учурда, бул иште магний иону кошулган LN 10 кГц чейин жооп менен тышкы жарык модуляциясына жетише алары көрсөтүлгөн. Бул иш жогорку өндүрүмдүүлүктөгү жана изилдөөлөрдү алга жылдырат.жогорку ылдамдыктагы LN фотодетекторлорутолук функционалдуу бир чиптүү интеграцияланган LN фотондук чиптерин курууда.
Кыскасы, изилдөө тармагыжука пленкалуу литий ниобаты фотодетекторлорумаанилүү илимий мааниге жана эбегейсиз практикалык колдонуу потенциалына ээ. Келечекте, технологиянын өнүгүшү жана изилдөөлөрдү тереңдетүү менен, жука пленкалуу литий ниобаты (LN) фотодетекторлору жогорку интеграцияга карай өнүгөт. Жогорку өндүрүмдүүлүккө, тез жооп берүүгө жана кең тилкелүү жука пленкалуу литий ниобаты фотодетекторлоруна бардык жагынан жетүү үчүн ар кандай интеграция ыкмаларын айкалыштыруу чындыкка айланат, бул чиптеги интеграциянын жана акылдуу сезүү талааларынын өнүгүшүнө чоң өбөлгө түзөт жана жаңы муундагы фотоника колдонмолору үчүн көбүрөөк мүмкүнчүлүктөрдү берет.