Ffilm denau lithiwm niobate (ln) ffotodetector

Ffilm denau lithiwm niobate (ln) ffotodetector

Mae gan lithiwm niobate (LN) strwythur grisial unigryw ac effeithiau corfforol cyfoethog, megis effeithiau aflinol, effeithiau electro-optig, effeithiau pyroelectric, ac effeithiau piezoelectric. Ar yr un pryd, mae ganddo fanteision ffenestr tryloywder optegol band eang a sefydlogrwydd tymor hir. Mae'r nodweddion hyn yn gwneud LN yn llwyfan pwysig ar gyfer y genhedlaeth newydd o ffotoneg 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 niobate, mae cymhwyso integredig lithiwm niobate yn dal i wynebu'r broblem o ganfod anodd. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae adroddiadau yn y maes hwn yn bennaf yn cynnwys ffotodetectorau integredig tonnau a ffotodetectorau heterojunction.
Mae'r ffotodetector integredig tonnau tonnau sy'n seiliedig ar lithiwm niobate fel arfer yn canolbwyntio ar y band-C cyfathrebu optegol (1525-1565nm). O ran swyddogaeth, mae LN yn bennaf yn chwarae rôl tonnau tywysedig, tra bod y swyddogaeth canfod optoelectroneg yn dibynnu'n bennaf ar lled-ddargludyddion fel silicon, lled-ddargludyddion bandgap cul grŵp III-V, a deunyddiau dau ddimensiwn. Mewn pensaernïaeth o'r fath, trosglwyddir golau trwy donnau tonnau optegol lithiwm niobate gyda cholled isel, ac yna'n cael ei amsugno gan ddeunyddiau lled -ddargludyddion eraill yn seiliedig ar effeithiau ffotodrydanol (megis ffotoconductivity neu effeithiau ffotofoltäig) i gynyddu crynodiad cludwyr a'i droi'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 gwahaniad gofodol lithiwm niobate a deunyddiau lled -ddargludyddion, er eu bod i gyd yn cyflawni eu swyddogaethau eu hunain, nid yw LN ond yn chwarae rôl wrth arwain tonnau ac nid yw eiddo tramor rhagorol eraill wedi cael eu defnyddio'n dda. Mae deunyddiau lled -ddargludyddion yn chwarae rôl mewn trosi ffotodrydanol yn unig ac nid oes ganddynt gyplu cyflenwol â'i gilydd, gan arwain at fand gweithredu cymharol gyfyngedig. O ran gweithredu penodol, mae cyplu golau o'r ffynhonnell golau i'r tonnau tonnau optegol lithiwm niobate yn arwain at golledion sylweddol a gofynion proses caeth. Yn ogystal, mae'n anodd graddnodi pŵer optegol gwirioneddol y golau wedi'i arbelydru i'r sianel ddyfais lled -ddargludyddion yn y rhanbarth cyplu, sy'n cyfyngu ar ei berfformiad canfod.
Y traddodiadolffotodetectorauFe'i defnyddir ar gyfer cymwysiadau delweddu fel arfer yn seiliedig ar ddeunyddiau lled -ddargludyddion. Felly, ar gyfer lithiwm niobate, mae ei gyfradd amsugno golau isel a'i briodweddau inswleiddio yn ei gwneud yn ddi -os nad yw ymchwilwyr ffotodetector, a hyd yn oed pwynt anodd yn y maes. Fodd bynnag, mae datblygu technoleg heterojunction yn ystod y blynyddoedd diwethaf wedi dod â gobaith i ymchwil ffotodetectorau lithiwm niobate. Gall deunyddiau eraill ag amsugno golau cryf neu ddargludedd rhagorol gael eu hintegreiddio'n heterogenaidd â lithiwm niobate i wneud iawn am ei ddiffygion. Ar yr un pryd, gellir rheoli'r polareiddio digymell a achosir gan nodweddion pyroelectric lithiwm niobate oherwydd ei anisotropi strwythurol trwy drosi i wres o dan arbelydru ysgafn, a thrwy hynny newid y nodweddion pyroelectric ar gyfer canfod optoelectroneg. Mae gan yr effaith thermol hon fanteision band eang a hunan -yrru, a gellir ei ategu'n dda a'i asio â deunyddiau eraill. Mae'r defnydd cydamserol o effeithiau thermol a ffotodrydanol wedi agor cyfnod newydd ar gyfer ffotodetectorau lithiwm niobate, gan alluogi dyfeisiau i gyfuno manteision y ddwy effaith. Ac i wneud iawn am y diffygion a sicrhau integreiddio manteision cyflenwol, mae'n fan problemus ymchwil yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Yn ogystal, mae defnyddio mewnblannu ïon, peirianneg band, a pheirianneg nam hefyd yn ddewis da i ddatrys anhawster canfod lithiwm niobate. Fodd bynnag, oherwydd anhawster prosesu uchel lithiwm niobate, mae'r maes hwn yn dal i wynebu heriau mawr fel integreiddio isel, dyfeisiau a systemau delweddu arae, a pherfformiad annigonol, sydd â gwerth ymchwil a gofod gwych.

Mae Ffigur 1, gan ddefnyddio'r cyflyrau ynni diffygion yn y bandgap LN fel canolfannau rhoddwyr electronau, cludwyr gwefr am ddim yn cael eu cynhyrchu yn y band dargludiad o dan gyffro golau gweladwy. O'i gymharu â ffotodetectorau pyroelectric ln blaenorol, a oedd fel rheol yn gyfyngedig i gyflymder ymateb o oddeutu 100Hz, hwnLn ffotodetectorMae ganddo gyflymder ymateb cyflymach o hyd at 10kHz. Yn y cyfamser, yn y gwaith hwn, dangoswyd y gall ln dop ïon magnesiwm gyflawni modiwleiddio golau allanol gydag ymateb o hyd at 10kHz. Mae'r gwaith hwn yn hyrwyddo'r ymchwil ar berfformiad uchel affotodetectorau ln cyflymWrth adeiladu sglodion ffotonig LN integredig un-sglodyn cwbl weithredol.
I grynhoi, maes ymchwilffilm denau lithiwm ffotodetectorau niobatemae ganddo arwyddocâd gwyddonol pwysig a photensial cymhwysiad ymarferol enfawr. Yn y dyfodol, gyda datblygu technoleg a dyfnhau ymchwil, bydd ffotodetectorau lithiwm niobate (LN) ffilm denau yn datblygu tuag at integreiddio uwch. Bydd cyfuno gwahanol ddulliau integreiddio i gyflawni ffotodetectorau lithiwm niobate 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 Cenhedlaeth Newydd o Geisiadau Ffotoneg.