Ffotosynhwyrydd lithiwm niobate ffilm denau (LN)

Ffotosynhwyrydd lithiwm niobate ffilm denau (LN)

Mae gan lithiwm niobat (LN) strwythur crisial unigryw ac effeithiau ffisegol cyfoethog, megis effeithiau anlinellol, effeithiau electro-optig, effeithiau pyroelectrig, ac effeithiau piezoelectrig. Ar yr un pryd, mae ganddo fanteision ffenestr tryloywder optegol band eang a sefydlogrwydd hirdymor. Mae'r nodweddion hyn yn gwneud LN yn llwyfan pwysig ar gyfer y genhedlaeth newydd o ffotonig integredig. Mewn dyfeisiau optegol a systemau optoelectroneg, gall nodweddion LN ddarparu swyddogaethau a pherfformiad cyfoethog, gan hyrwyddo datblygiad cyfathrebu optegol, cyfrifiadura optegol, a meysydd synhwyro optegol. Fodd bynnag, oherwydd priodweddau amsugno ac inswleiddio gwan lithiwm niobat, mae cymhwysiad integredig lithiwm niobat yn dal i wynebu'r broblem o ganfod anodd. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae adroddiadau yn y maes hwn yn cynnwys ffotosynhwyryddion integredig tonfeddi a ffotosynhwyryddion hetero-gyffordd yn bennaf.
Mae'r ffotosynhwyrydd integredig ton-dywysydd sy'n seiliedig ar lithiwm niobad fel arfer yn canolbwyntio ar y band C cyfathrebu optegol (1525-1565nm). O ran swyddogaeth, mae LN yn chwarae rhan tonnau tywysedig yn bennaf, tra bod y swyddogaeth canfod optoelectronig yn dibynnu'n bennaf ar led-ddargludyddion fel silicon, lled-ddargludyddion band cul grŵp III-V, a deunyddiau dau ddimensiwn. Mewn pensaernïaeth o'r fath, mae golau'n cael ei drosglwyddo trwy don-dywysyddion optegol lithiwm niobad gyda cholled isel, ac yna'n cael ei amsugno gan ddeunyddiau lled-ddargludyddion eraill yn seiliedig ar effeithiau ffotodrydanol (megis ffotoddargludedd neu effeithiau ffotofoltäig) i gynyddu crynodiad cludwr a'i drosi'n signalau trydanol ar gyfer allbwn. Y manteision yw lled band gweithredu uchel (~GHz), foltedd gweithredu isel, maint bach, a chydnawsedd ag integreiddio sglodion ffotonig. Fodd bynnag, oherwydd gwahanu gofodol deunyddiau lithiwm niobad a lled-ddargludyddion, er eu bod i gyd yn cyflawni eu swyddogaethau eu hunain, dim ond rôl mewn tywys tonnau y mae LN yn ei chwarae ac nid yw priodweddau tramor rhagorol eraill wedi'u defnyddio'n dda. Dim ond rôl mewn trosi ffotodrydanol y mae deunyddiau lled-ddargludyddion yn ei chwarae ac nid oes ganddynt gyplu cyflenwol â'i gilydd, gan arwain at fand gweithredu cymharol gyfyngedig. O ran gweithrediad penodol, mae cyplu golau o'r ffynhonnell golau i'r tonfedd optegol lithiwm niobate yn arwain at golledion sylweddol a gofynion proses llym. Yn ogystal, mae pŵer optegol gwirioneddol y golau sy'n cael ei arbelydru ar sianel y ddyfais lled-ddargludyddion yn y rhanbarth cyplu yn anodd ei galibro, sy'n cyfyngu ar ei berfformiad canfod.
Y traddodiadolffotosynwyryddiona ddefnyddir ar gyfer cymwysiadau delweddu fel arfer yn seiliedig ar ddeunyddiau lled-ddargludyddion. Felly, ar gyfer lithiwm niobât, mae ei gyfradd amsugno golau isel a'i briodweddau inswleiddio yn ei gwneud yn ddiamau'n annerbyniol gan ymchwilwyr ffotosynhwyrydd, a hyd yn oed yn bwynt anodd yn y maes. Fodd bynnag, mae datblygiad technoleg heterojunction yn ystod y blynyddoedd diwethaf wedi dod â gobaith i ymchwil ffotosynhwyryddion sy'n seiliedig ar lithiwm niobât. Gellir integreiddio deunyddiau eraill sydd ag amsugno golau cryf neu ddargludedd rhagorol yn heterogenaidd â lithiwm niobât i wneud iawn am ei ddiffygion. Ar yr un pryd, gellir rheoli'r nodweddion pyroelectrig a achosir gan bolareiddio digymell o lithiwm niobât oherwydd ei anisotropi strwythurol trwy drosi i wres o dan arbelydru golau, a thrwy hynny newid y nodweddion pyroelectrig ar gyfer canfod optoelectronig. Mae gan yr effaith thermol hon fanteision band eang a hunan-yrru, a gellir ei hategu a'i asio'n dda â deunyddiau eraill. Mae'r defnydd cydamserol o effeithiau thermol a ffotodrydanol wedi agor oes newydd ar gyfer ffotosynhwyryddion sy'n seiliedig ar lithiwm niobât, gan alluogi dyfeisiau i gyfuno manteision y ddau effaith. Ac i wneud iawn am y diffygion a chyflawni integreiddio manteision cyflenwol, mae'n fan ymchwil yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Yn ogystal, mae defnyddio mewnblannu ïonau, peirianneg bandiau, a pheirianneg diffygion hefyd yn ddewis da i ddatrys yr anhawster o ganfod niobad lithiwm. Fodd bynnag, oherwydd yr anhawster prosesu uchel sydd gan niobad lithiwm, mae'r maes hwn yn dal i wynebu heriau mawr megis integreiddio isel, dyfeisiau a systemau delweddu arae, a pherfformiad annigonol, sydd â gwerth a lle ymchwil mawr.

Ffigur 1, gan ddefnyddio'r cyflyrau ynni diffygiol o fewn y bwlch band LN fel canolfannau rhoddwr electronau, cynhyrchir cludwyr gwefr rhydd yn y band dargludiad o dan gyffroi golau gweladwy. O'i gymharu â ffotosynhwyryddion LN pyroelectrig blaenorol, a oedd fel arfer wedi'u cyfyngu i gyflymder ymateb o tua 100Hz, mae hynFfotosynhwyrydd LNmae ganddo gyflymder ymateb cyflymach o hyd at 10kHz. Yn y cyfamser, yn y gwaith hwn, dangoswyd y gall LN wedi'i dopio ag ïonau magnesiwm gyflawni modiwleiddio golau allanol gydag ymateb o hyd at 10kHz. Mae'r gwaith hwn yn hyrwyddo'r ymchwil ar berfformiad uchel affotosynhwyryddion LN cyflymder uchelwrth adeiladu sglodion ffotonig LN integredig un sglodion cwbl weithredol.
I grynhoi, maes ymchwilffotosynhwyryddion lithiwm niobate ffilm denaumae ganddo arwyddocâd gwyddonol pwysig a photensial cymhwysiad ymarferol enfawr. Yn y dyfodol, gyda datblygiad technoleg a dyfnhau ymchwil, bydd ffotosynhwyryddion lithiwm niobad ffilm denau (LN) yn datblygu tuag at integreiddio uwch. Bydd cyfuno gwahanol ddulliau integreiddio i gyflawni ffotosynhwyryddion lithiwm niobad ffilm denau perfformiad uchel, ymateb cyflym, a band eang ym mhob agwedd yn dod yn realiti, a fydd yn hyrwyddo datblygiad integreiddio ar sglodion a meysydd synhwyro deallus yn fawr, ac yn darparu mwy o bosibiliadau ar gyfer y genhedlaeth newydd o gymwysiadau ffotonig.