Тонкаплёнкавы фотадэтэктар з ніабата літыя (LN)
Ніябат літыя (LN) мае ўнікальную крышталічную структуру і багатыя фізічныя эфекты, такія як нелінейныя эфекты, электрааптычныя эфекты, піраэлектрычныя эфекты і п'езаэлектрычныя эфекты. У той жа час ён мае перавагі шырокапалоснага аптычнага акна празрыстасці і доўгатэрміновай стабільнасці. Гэтыя характарыстыкі робяць LN важнай платформай для новага пакалення інтэграванай фатонікі. У аптычных прыладах і оптаэлектронных сістэмах характарыстыкі LN могуць забяспечыць багатыя функцыі і прадукцыйнасць, спрыяючы развіццю аптычнай сувязі, аптычных вылічэнняў і аптычных датчыкаў. Аднак з-за слабых паглынальных і ізаляцыйных уласцівасцей ніябата літыя інтэграванае прымяненне ніябата літыя ўсё яшчэ сутыкаецца з праблемай складанага выяўлення. У апошнія гады даследаванні ў гэтай галіне ў асноўным тычацца інтэграваных хваляводных фотадэтэктараў і гетэрапераходных фотадэтэктараў.
Інтэграваны фотадэтэктар з хваляводам на аснове ніабата літыя звычайна сканцэнтраваны на аптычнай сувязі C-дыяпазоне (1525-1565 нм). Што да функцый, то LN у асноўным выконвае ролю накіраваных хваль, у той час як оптаэлектронная функцыя дэтэктавання ў асноўным абапіраецца на паўправаднікі, такія як крэмній, паўправаднікі III-V групы з вузкай забароненай зонай і двухмерныя матэрыялы. У такой архітэктуры святло праходзіць праз аптычныя хваляводы з ніабата літыя з нізкімі стратамі, а затым паглынаецца іншымі паўправадніковымі матэрыяламі на аснове фотаэлектрычных эфектаў (такіх як фотаправоднасць або фотаэлектрычныя эфекты) для павелічэння канцэнтрацыі носьбітаў і пераўтварэння іх у электрычныя сігналы для выхаду. Перавагамі з'яўляюцца высокая рабочая прапускная здольнасць (~ ГГц), нізкае рабочае напружанне, малы памер і сумяшчальнасць з інтэграцыяй фатонных чыпаў. Аднак з-за прасторавага падзелу ніабата літыя і паўправадніковых матэрыялаў, хоць кожны з іх выконвае свае ўласныя функцыі, LN выконвае толькі ролю накіравання хваль, а іншыя выдатныя знешнія ўласцівасці не былі добра выкарыстаны. Паўправадніковыя матэрыялы выконваюць толькі ролю фотаэлектрычнага пераўтварэння і не маюць дадатковай сувязі адзін з адным, што прыводзіць да адносна абмежаванай рабочай паласы. Што тычыцца канкрэтнай рэалізацыі, то ўключэнне святла ад крыніцы святла ў аптычны хвалявод з ніабата літыя прыводзіць да значных страт і строгіх патрабаванняў да працэсу. Акрамя таго, рэальную аптычную магутнасць святла, якое падае на канал паўправадніковай прылады ў вобласці сувязі, цяжка адкалібраваць, што абмяжоўвае яго прадукцыйнасць выяўлення.
ТрадыцыйныфотадэтэктарыДля візуалізацыі звычайна выкарыстоўваюцца паўправадніковыя матэрыялы. Такім чынам, нізкі каэфіцыент паглынання святла і ізаляцыйныя ўласцівасці ніабата літыя, несумненна, робяць яго непажаданым для даследчыкаў фотадэтэктараў і нават складаным пытаннем у гэтай галіне. Аднак развіццё тэхналогіі гетэрапераходу ў апошнія гады дало надзею на даследаванні фотадэтэктараў на аснове ніабата літыя. Іншыя матэрыялы з моцным паглынаннем святла або выдатнай праводнасцю могуць быць гетэрагенна інтэграваны з ніабатам літыя, каб кампенсаваць яго недахопы. У той жа час, піраэлектрычныя характарыстыкі ніабата літыя, выкліканыя спантаннай палярызацыяй, з-за яго структурнай анізатрапіі, можна кантраляваць, пераўтвараючы іх у цяпло пад уздзеяннем святла, тым самым змяняючы піраэлектрычныя характарыстыкі для оптаэлектроннага выяўлення. Гэты цеплавы эфект мае перавагі шырокага спектру і самакіравання, і можа добра дапаўняцца і спалучацца з іншымі матэрыяламі. Сінхроннае выкарыстанне цеплавых і фотаэлектрычных эфектаў адкрыла новую эру для фотадэтэктараў на аснове ніабата літыя, дазваляючы прыладам спалучаць перавагі абодвух эфектаў. І каб кампенсаваць недахопы і дасягнуць дадатковай інтэграцыі пераваг, ён стаў гарачай кропкай даследаванняў у апошнія гады. Акрамя таго, выкарыстанне іённай імплантацыі, зоннай інжынерыі і дэфектнай інжынерыі таксама з'яўляецца добрым выбарам для вырашэння праблемы выяўлення ніабата літыя. Аднак з-за высокай складанасці апрацоўкі ніабата літыя гэтая галіна ўсё яшчэ сутыкаецца з вялікімі праблемамі, такімі як нізкая інтэграцыя, прылады і сістэмы візуалізацыі масіваў, а таксама недастатковая прадукцыйнасць, што мае вялікую даследчую каштоўнасць і прастору.
На малюнку 1, дзе выкарыстоўваюцца энергетычныя станы дэфектаў у забароненай зоне LN у якасці цэнтраў электронадонора, свабодныя носьбіты зараду генеруюцца ў зоне праводнасці пры ўзбуджэнні бачным святлом. У параўнанні з папярэднімі піраэлектрычнымі фотадэтэктарамі LN, якія звычайна абмяжоўваліся хуткасцю водгуку каля 100 Гц, гэты...Фотадэтэктар LNмае больш высокую хуткасць водгуку да 10 кГц. Тым часам у гэтай працы было паказана, што легаваны іёнамі магнію лінейны ...высакахуткасныя фотадэтэктары LNу канструяванні паўнафункцыянальных аднакрыштавых інтэграваных фатонных чыпаў LN.
Карацей кажучы, вобласць даследаванняўтонкаплёнкавыя фотадэтэктары з ніабата літыямае важнае навуковае значэнне і велізарны патэнцыял практычнага прымянення. У будучыні, з развіццём тэхналогій і паглыбленнем даследаванняў, тонкаплёнкавыя фотадэтэктары на аснове ніабата літыя (LN) будуць развівацца ў напрамку больш высокай інтэграцыі. Спалучэнне розных метадаў інтэграцыі для дасягнення высокапрадукцыйных, хуткадзейных і шырокапалосных тонкаплёнкавых фотадэтэктараў на аснове ніабата літыя ва ўсіх аспектах стане рэальнасцю, што будзе значна спрыяць развіццю інтэграцыі на чыпе і інтэлектуальных сэнсарных палёў, а таксама забяспечыць больш магчымасцей для новага пакалення фатонічных прыкладанняў.
Час публікацыі: 17 лютага 2025 г.