Photodetector lithium niobate (ln) nipis (ln)

Photodetector lithium niobate (ln) nipis (ln)

Lithium niobate (LN) mempunyai struktur kristal yang unik dan kesan fizikal yang kaya, seperti kesan tak linear, kesan elektro-optik, kesan pyroelektrik, dan kesan piezoelektrik. Pada masa yang sama, ia mempunyai kelebihan tetingkap ketelusan optik wideband dan kestabilan jangka panjang. Ciri -ciri ini menjadikan LN sebagai platform penting untuk generasi baru fotonik bersepadu. Dalam peranti optik dan sistem optoelektronik, ciri -ciri LN dapat memberikan fungsi dan prestasi yang kaya, mempromosikan pembangunan komunikasi optik, pengkomputeran optik, dan bidang penderiaan optik. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh penyerapan yang lemah dan sifat penebat litium niobate, aplikasi bersepadu lithium niobate masih menghadapi masalah pengesanan yang sukar. Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, laporan dalam bidang ini terutamanya termasuk photodetectors bersepadu gelombang dan heterojunction photodetectors.
Photodetector bersepadu gelombang berdasarkan litium niobate biasanya memberi tumpuan kepada komunikasi optik C-band (1525-1565nm). Dari segi fungsi, Ln terutamanya memainkan peranan gelombang berpandu, manakala fungsi pengesanan optoelektronik terutamanya bergantung kepada semikonduktor seperti silikon, kumpulan semikonduktor band yang sempit, dan bahan dua dimensi. Dalam seni bina sedemikian, cahaya ditransmisikan melalui lithium niobate optik gelombang dengan kehilangan yang rendah, dan kemudian diserap oleh bahan semikonduktor lain berdasarkan kesan fotoelektrik (seperti photoconductivity atau kesan fotovoltaik) untuk meningkatkan kepekatan pembawa dan mengubahnya menjadi isyarat elektrik untuk output. Kelebihannya adalah jalur lebar operasi yang tinggi (~ GHz), voltan operasi yang rendah, saiz kecil, dan keserasian dengan integrasi cip fotonik. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh pemisahan spatial bahan litium niobate dan semikonduktor, walaupun mereka masing -masing melaksanakan fungsi mereka sendiri, hanya memainkan peranan dalam membimbing gelombang dan sifat -sifat asing yang sangat baik tidak digunakan dengan baik. Bahan semikonduktor hanya memainkan peranan dalam penukaran fotoelektrik dan kekurangan gandingan pelengkap antara satu sama lain, mengakibatkan band operasi yang agak terhad. Dari segi pelaksanaan tertentu, gandingan cahaya dari sumber cahaya ke lithium niobate optik gelombang menghasilkan kerugian yang besar dan keperluan proses yang ketat. Di samping itu, kuasa optik sebenar cahaya yang disinari ke saluran peranti semikonduktor di rantau gandingan adalah sukar untuk ditentukur, yang menghadkan prestasi pengesanannya.
TradisionalPhotodetectorsDigunakan untuk aplikasi pengimejan biasanya berdasarkan bahan semikonduktor. Oleh itu, untuk lithium niobate, kadar penyerapan cahaya yang rendah dan sifat penebat menjadikannya tidak disukai oleh penyelidik photodetector, dan juga titik yang sukar di lapangan. Walau bagaimanapun, perkembangan teknologi heterojunction pada tahun -tahun kebelakangan ini telah membawa harapan kepada penyelidikan fotodetektor berasaskan lithium niobate. Bahan -bahan lain dengan penyerapan cahaya yang kuat atau kekonduksian yang sangat baik boleh disepadukan dengan litium niobate untuk mengimbangi kekurangannya. Pada masa yang sama, polarisasi spontan yang disebabkan oleh ciri -ciri pyroelektrik litium niobate disebabkan oleh anisotropi strukturnya boleh dikawal dengan menukar panas di bawah penyinaran cahaya, dengan itu mengubah ciri -ciri pyroelectric untuk pengesanan optoelektronik. Kesan terma ini mempunyai kelebihan wideband dan memandu sendiri, dan boleh dilengkapi dengan baik dan bersatu dengan bahan -bahan lain. Penggunaan segerak kesan terma dan fotoelektrik telah membuka era baru untuk photodetector berasaskan lithium niobate, membolehkan peranti menggabungkan kelebihan kedua -dua kesan. Dan untuk membuat kekurangan dan mencapai integrasi kelebihan kelebihan, ia adalah hotspot penyelidikan dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Di samping itu, penggunaan implantasi ion, kejuruteraan band, dan kejuruteraan kecacatan juga merupakan pilihan yang baik untuk menyelesaikan kesukaran mengesan litium niobate. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kesukaran pemprosesan litium niobate yang tinggi, bidang ini masih menghadapi cabaran besar seperti integrasi yang rendah, peranti dan sistem pengimejan array, dan prestasi yang tidak mencukupi, yang mempunyai nilai dan ruang penyelidikan yang hebat.

Rajah 1, menggunakan keadaan tenaga kecacatan dalam bandgap LN sebagai pusat penderma elektron, pembawa caj percuma dijana dalam jalur konduksi di bawah pengujaan cahaya yang dapat dilihat. Berbanding dengan photodetector LN pyroelektrik sebelumnya, yang biasanya terhad kepada kelajuan tindak balas sekitar 100Hz, iniLN Photodetectormempunyai kelajuan tindak balas yang lebih cepat sehingga 10kHz. Sementara itu, dalam kerja ini, ia menunjukkan bahawa magnesium ion doped ln dapat mencapai modulasi cahaya luaran dengan tindak balas sehingga 10kHz. Kerja ini menggalakkan penyelidikan mengenai prestasi tinggi danPhotodetectors LN berkelajuan tinggiDalam pembinaan cip fotonik LN bersepadu tunggal yang berfungsi sepenuhnya.
Ringkasnya, bidang penyelidikanfotodetektor lithium nipis niobat filemmempunyai kepentingan saintifik yang penting dan potensi aplikasi praktikal yang besar. Pada masa akan datang, dengan perkembangan teknologi dan pendalaman penyelidikan, fotodetektor lithium niobate (LN) nipis akan berkembang ke arah integrasi yang lebih tinggi. Menggabungkan kaedah integrasi yang berbeza untuk mencapai prestasi tinggi, tindak balas pantas, dan fotodetektor lithium niobate nipis nipis dalam semua aspek akan menjadi realiti, yang akan sangat menggalakkan perkembangan integrasi cip dan bidang penderiaan pintar, dan memberikan lebih banyak kemungkinan untuk Generasi baru aplikasi fotonik.