Tinne-film lithium niobaat (LN) fotodetektor

Tinne-film lithium niobaat (LN) fotodetektor

Litiumniobat (LN) hat in unike kristalstruktuer en rike fysike effekten, lykas net-lineare effekten, elektro-optyske effekten, pyroelektryske effekten en piezoelektryske effekten. Tagelyk hat it de foardielen fan in breedbân optysk transparânsjefinster en lange-termyn stabiliteit. Dizze skaaimerken meitsje LN in wichtich platfoarm foar de nije generaasje fan yntegreare fotonika. Yn optyske apparaten en opto-elektronyske systemen kinne de skaaimerken fan LN rike funksjes en prestaasjes leverje, wat de ûntwikkeling fan optyske kommunikaasje, optyske kompjûters en optyske sensorfjilden befoarderet. Fanwegen de swakke absorpsje- en isolaasjeeigenskippen fan lithiumniobat hat de yntegreare tapassing fan lithiumniobat lykwols noch altyd te krijen mei it probleem fan lestige deteksje. Yn 'e lêste jierren hawwe rapporten op dit mêd benammen yntegreare fotodetektors mei golflieder en heterojunction-fotodetektors omfette.
De yntegreare fotodetektor fan 'e weachlieder basearre op lithium niobaat is meastal rjochte op 'e optyske kommunikaasje C-band (1525-1565nm). Wat funksje oanbelanget, spilet LN benammen de rol fan begeliede weagen, wylst de opto-elektronyske deteksjefunksje benammen fertrout op heallieders lykas silisium, III-V groep smelle bângap heallieders, en twadiminsjonale materialen. Yn sa'n arsjitektuer wurdt ljocht troch lithium niobaat optyske weachlieders mei leech ferlies trochjûn, en dan opnommen troch oare healliedermaterialen basearre op fotoelektryske effekten (lykas fotogelieding of fotovoltaïsche effekten) om de konsintraasje fan 'e drager te ferheegjen en it om te setten yn elektryske sinjalen foar útfier. De foardielen binne hege wurkbânbreedte (~GHz), lege wurkspanning, lytse grutte, en kompatibiliteit mei fotonyske chip-yntegraasje. Fanwegen de romtlike skieding fan lithium niobaat en healliedermaterialen, hoewol se elk har eigen funksjes útfiere, spilet LN lykwols allinich in rol yn it begelieden fan weagen en oare poerbêste frjemde eigenskippen binne net goed brûkt. Healliedermaterialen spylje allinich in rol yn fotoelektryske konverzje en hawwe gjin komplementêre koppeling mei elkoar, wat resulteart yn in relatyf beheinde wurkbân. Wat spesifike ymplemintaasje oanbelanget, resultearret de koppeling fan ljocht fan 'e ljochtboarne oan 'e optyske golflieder fan lithium niobaat yn wichtige ferliezen en strange proseseasken. Derneist is de werklike optyske krêft fan it ljocht dat op it healgeleiderapparaatkanaal yn it koppelingsgebiet bestraald wurdt lestich te kalibrearjen, wat de deteksjeprestaasjes beheint.
De tradisjonelefotodetektorsbrûkt foar ôfbyldingstapassingen binne meast basearre op healgeleidermaterialen. Dêrom meitsje lithium niobaat, troch syn lege ljochtabsorpsjesnelheid en isolearjende eigenskippen, it sûnder mis net favorisearre troch ûndersikers fan fotodetektors, en sels in lestich punt yn it fjild. De ûntwikkeling fan heterojunctiontechnology yn 'e lêste jierren hat lykwols hoop brocht foar it ûndersyk nei fotodetektors basearre op lithium niobaat. Oare materialen mei sterke ljochtabsorpsje of poerbêste gelieding kinne heterogeen yntegrearre wurde mei lithium niobaat om syn tekoartkommingen te kompensearjen. Tagelyk kinne de spontane polarisaasje-induzearre pyroelektryske eigenskippen fan lithium niobaat fanwegen syn strukturele anisotropie kontroleare wurde troch it omsetten nei waarmte ûnder ljochtbestraling, wêrtroch't de pyroelektryske eigenskippen foar opto-elektronyske deteksje feroare wurde. Dit termyske effekt hat de foardielen fan breedbân en selsdriuwend, en kin goed oanfolle en fusearre wurde mei oare materialen. It syngroane gebrûk fan termyske en fotoelektryske effekten hat in nij tiidrek iepene foar fotodetektors basearre op lithium niobaat, wêrtroch apparaten de foardielen fan beide effekten kinne kombinearje. En om de tekoartkommingen te kompensearjen en komplementêre yntegraasje fan foardielen te berikken, is it de lêste jierren in ûndersykshotspot. Derneist is it brûken fan ionymplantaasje, bandengineering en defektengineering ek in goede kar om de swierrichheid fan it detektearjen fan lithium niobaat op te lossen. Fanwegen de hege ferwurkingsswierrichheid fan lithium niobaat stiet dit fjild lykwols noch foar grutte útdagings lykas lege yntegraasje, array-ôfbyldingsapparaten en -systemen, en ûnfoldwaande prestaasjes, wat in grutte ûndersykswearde en romte hat.

Figuer 1, mei gebrûk fan 'e defektenerzjystaten binnen de LN-bandgap as elektrondonorsintra, wurde frije ladingdragers generearre yn 'e geliedingsbân ûnder sichtber ljocht-eksitaasje. Yn ferliking mei eardere pyroelektryske LN-fotodetektors, dy't typysk beheind wiene ta in reaksjesnelheid fan sawat 100Hz, is ditLN fotodetektorhat in fluggere reaksjesnelheid oant 10 kHz. Underwilens waard yn dit wurk oantoand dat LN mei magnesiumionen dope eksterne ljochtmodulaasje kin berikke mei in reaksje oant 10 kHz. Dit wurk befoarderet it ûndersyk nei hege prestaasjes enhege-snelheid LN fotodetektorsyn 'e konstruksje fan folslein funksjonele single-chip yntegreare LN fotonyske chips.
Gearfetsjend, it ûndersyksfjild fantinne film lithium niobaat fotodetektorshat wichtige wittenskiplike betsjutting en enoarm praktysk tapassingspotinsjeel. Yn 'e takomst, mei de ûntwikkeling fan technology en de ferdjipping fan ûndersyk, sille tinne-film lithium niobaat (LN) fotodetektors ûntwikkelje nei hegere yntegraasje. It kombinearjen fan ferskate yntegraasjemetoaden om hege prestaasjes, snelle reaksje en breedbân tinne-film lithium niobaat fotodetektors yn alle aspekten te berikken sil in realiteit wurde, wat de ûntwikkeling fan on-chip yntegraasje en yntelliginte sensorfjilden sterk sil befoarderje, en mear mooglikheden sil biede foar de nije generaasje fotonika-tapassingen.