Фотадэтэктар з тонкай плёнкай літыя ніёбата (LN)

Фотадэтэктар з тонкай плёнкай літыя ніёбата (LN)

Літый ніёбат (LN) мае унікальную крыштальную структуру і насычаныя фізічныя эфекты, такія як нелінейныя эфекты, электра-аптычныя эфекты, піраэлектрычныя эфекты і п'езаэлектрычныя эфекты. У той жа час ён мае перавагі шырокапалоснага акна аптычнай празрыстасці і доўгатэрміновай стабільнасці. Гэтыя характарыстыкі робяць LN важнай платформай для новага пакалення інтэграванай фатонікі. У аптычных прыладах і оптаэлектронных сістэмах характарыстыкі ЛН могуць забяспечваць насычаныя функцыі і прадукцыйнасць, спрыяючы развіццю аптычнай камунікацыі, аптычных вылічэнняў і аптычных зандзіраванняў. Аднак з -за слабых уласцівасцей паглынання і ізаляцыі літыя ніёбата, інтэграванае прымяненне літыя ніёбата па -ранейшаму сутыкаецца з праблемай складанага выяўлення. У апошнія гады справаздачы ў гэтай галіне ў асноўным ўключаюць у сябе інтэграваныя фотадэтэктары хваляводаў і фотадэтэктары гетерозункцыі.
Убудаваны фотадэтэктар хвалявода на аснове літыя ніёбата звычайна сканцэнтраваны на аптычнай сувязі C-дыяпазоне (1525-1565nm). З пункту гледжання функцыі, LN у асноўным гуляе ролю кіраваных хваль, у той час як функцыя оптаэлектроннага выяўлення ў асноўным абапіраецца на паўправаднікі, такія як крэмній, вузка-паўправаднікі III-V і двухмерныя матэрыялы. У такой архітэктуры святло перадаецца праз аптычныя хваляводы літыя з нізкай стратай, а затым паглынаецца іншымі паўправадніковымі матэрыяламі на аснове фотаэлектрычных эфектаў (напрыклад, ксераправоднасць або фотаэлектрычныя эфекты) для павелічэння канцэнтрацыі носьбіта і пераўтварэння ў электрычныя сігналы для выхаду. Перавагі з'яўляюцца высокая эксплуатацыйная прапускная здольнасць (~ ГГц), нізкім працоўным напружаннем, невялікім памерам і сумяшчальнасцю з інтэграцыяй фатонічнай чыпаў. Аднак з -за прасторавага падзелу літый -ніёбата і паўправадніковых матэрыялаў, хоць кожны з іх выконвае ўласныя функцыі, LN гуляе толькі ролю ў кіраванні хвалямі і іншымі выдатнымі замежнымі ўласцівасцямі, не былі добра выкарыстаны. Паўправадніковыя матэрыялы гуляюць толькі ролю ў фотаэлектрычным пераўтварэнні і адсутнасці дадатковай сувязі адзін з адным, што прыводзіць да адносна абмежаванай аперацыйнай групы. З пункту гледжання канкрэтнай рэалізацыі, сувязь святла ад крыніцы святла да літыя ніёбата аптычнага хвалявода прыводзіць да значных страт і строгіх патрэбаў у працэсе. Акрамя таго, фактычная аптычная магутнасць святла апрамяняецца на канал паўправадніковага прылады ў вобласці злучэння, цяжка калібраваць, што абмяжоўвае яго выяўленне.
ТрадыцыйныфотадэтэктарыВыкарыстоўваецца для прыкладанняў для візуалізацыі, як правіла, заснаваны на паўправадніковых матэрыялах. Такім чынам, для літыя ніёбата яго нізкая хуткасць паглынання асвятлення і ізаляцыйныя ўласцівасці робяць яго, несумненна, не спрыяюць даследчыкам фотадэтэктара і нават складанай кропкай у полі. Аднак развіццё тэхналогіі гетероунктов у апошнія гады прынесла надзею на даследаванне фотадэтэктараў на аснове літыя. Іншыя матэрыялы з моцным паглынаннем святла або выдатнай праводнасцю могуць быць неаднастайна інтэграваны з літыем Niobate, каб кампенсаваць свае недахопы. У той жа час, спантанная палярызацыя выклікала піраэлектрычныя характарыстыкі літыя ніёбата з -за яго структурнай анізатропіі, можна кантраляваць шляхам пераўтварэння ў цяпло пры лёгкім апрамяненні, тым самым змяняючы піраэлектрычныя характарыстыкі для оптаэлектроннага выяўлення. Гэты цеплавы эфект аказвае перавагі шырокапалоснага і самаадчування, і можна добра дапоўніць і зліцца з іншымі матэрыяламі. Сінхроннае выкарыстанне цеплавых і фотаэлектрычных эфектаў адкрыла новую эру для фотадэтэктараў на аснове літыя, што дазваляе прыладам спалучаць перавагі абодвух эфектаў. І каб папоўніць недахопы і дасягнуць дадатковай інтэграцыі пераваг, гэта доступ да даследаванняў у апошнія гады. Акрамя таго, выкарыстанне іённай імплантацыі, інжынірынгу дыяпазону і дэфектнай тэхнікі таксама з'яўляецца добрым выбарам для вырашэння складанасці выяўлення літыя ніёбата. Аднак з -за высокай цяжкасці апрацоўкі літыя ніёбата, гэта поле па -ранейшаму сутыкаецца з вялікімі праблемамі, такімі як нізкая інтэграцыя, прылады масіва візуалізацыі і сістэмы, а таксама недастатковая прадукцыйнасць, якая мае вялікую каштоўнасць даследавання і прастору.

Малюнак 1, выкарыстоўваючы дэфектныя энергетычныя стану ў дыяпазоне LN у якасці донарскіх цэнтраў электронаў, носьбіты бясплатных зарадаў генеруюцца ў паласе праводнасці пад бачным святлом узбуджэння. У параўнанні з папярэднімі піраэлектрычнымі фотадэтэктарамі, якія звычайна абмяжоўваліся хуткасцю рэакцыі каля 100 Гц, гэтаLn фотадэтэктармае больш хуткую хуткасць рэагавання да 10 кГц. Між тым, у гэтай працы было прадэманстравана, што легаваны магнію іён можа дасягнуць мадуляцыі знешняга святла з рэакцыяй да 10 кГц. Гэтая праца спрыяе даследаванням высокапрадукцыйнага іВысокахуткасныя фотадэтэктары LNПры будаўніцтве цалкам функцыянальнага аднакалітнага інтэграванага LN Photonic Chips.
Такім чынам, даследчае полетонкая плёнка літый Niobate фотадэтэктарымае важнае навуковае значэнне і велізарны практычны патэнцыял прымянення. У будучыні, з распрацоўкай тэхналогій і паглыбленнем даследаванняў, тонкая плёнкавая літый Niobate (LN) будзе развівацца ў дачыненні да больш высокай інтэграцыі. Спалучэнне розных метадаў інтэграцыі для дасягнення высокапрадукцыйных, хуткіх рэакцый і шырокапалоснай тонкай плёнкі літый Niobate фотадэтэктараў ва ўсіх аспектах стане рэчаіснасцю, якая значна садзейнічае развіццю інтэграцыі чыпа і інтэлектуальных адчуванняў, а таксама забяспечыць больш магчымасцей для больш магчымасцей для Новае пакаленне прыкладанняў фатонікі.