Inçe plýonkaly litium niobaty (LN) fotodetektory

Inçe plýonkaly litium niobaty (LN) fotodetektory

Litiý niobaty (LN) özboluşly kristal gurluşyna we çyzykly däl täsirler, elektro-optik täsirler, piroelektrik täsirler we pýezoelektrik täsirler ýaly baý fiziki täsirlere eýedir. Şol bir wagtyň özünde, ol giň zolakly optiki açyklyk penjiresi we uzak möhletli durnuklylyk ýaly artykmaçlyklara eýedir. Bu häsiýetler LN-ni täze nesil integrasiýa edilen fotonika üçin möhüm platforma öwürýär. Optiki enjamlarda we optoelektronik ulgamlarda LN-niň häsiýetnamalary baý funksiýalary we öndürijiligi üpjün edip, optik aragatnaşygyň, optiki hasaplamalaryň we optiki duýujy meýdanlaryň ösüşine ýardam edip biler. Şeýle-de bolsa, litium niobatyň gowşak siňdiriş we izolýasiýa häsiýetleri sebäpli, litium niobatyň integrasiýa ulanylyşy henizem kyn anyklaýyş meselesine duçar bolýar. Soňky ýyllarda bu ugurdaky habarlara esasan tolkun geçiriji integrasiýa edilen fotodetektorlar we geterogeçiş fotodetektorlary girýär.
Litiý niobata esaslanýan tolkun geçirijisi integrasiýa edilen fotodetektor adatça optiki aragatnaşyk C-zolagyna (1525-1565nm) gönükdirilendir. Funksiýa babatda LN esasan gönükdirilýän tolkunlaryň roluny oýnaýar, optoelektronik anyklaýyş funksiýasy bolsa esasan kremniý, III-V topar dar zolakly ýarymgeçirijiler we iki ölçegli materiallar ýaly ýarymgeçirijilere daýanýar. Şeýle arhitekturada ýagtylyk litium niobata optiki tolkun geçirijileri arkaly az ýitgi bilen geçirilýär, soňra daşaýjylaryň konsentrasiýasyny ýokarlandyrmak we çykyş üçin elektrik signallaryna öwürmek üçin fotoelektrik effektlere esaslanýan beýleki ýarymgeçiriji materiallar (fotogeçirijilik ýa-da fotowoltaik effektler ýaly) tarapyndan siňdirilýär. Artykmaçlyklary ýokary iş geçirijilik zolagy (~GHz), pes iş woltaiýasy, kiçi ölçeg we fotonik çip integrasiýasy bilen utgaşyklylykdyr. Şeýle-de bolsa, litium niobatasynyň we ýarymgeçiriji materiallarynyň giňişlik taýdan bölünmegi sebäpli, olaryň her biri öz funksiýalaryny ýerine ýetirse-de, LN diňe gönükdiriji tolkunlarda rol oýnaýar we beýleki ajaýyp daşary ýurt häsiýetleri gowy ulanylmady. Ýarymgeçiriji materiallar diňe fotoelektrik öwrülişikde rol oýnaýar we biri-biri bilen özara goşmaça baglanyşa eýe däl, bu bolsa deňeşdirme boýunça çäkli iş zolagyna getirýär. Aýratyn amala aşyrmak babatda, ýagtylyk çeşmesinden litium niobatyň optiki tolkun geçirijisine ýagtylygyň birikdirilmegi uly ýitgilere we berk proses talaplaryna getirýär. Mundan başga-da, birikdiriş sebitinde ýarymgeçiriji enjamyň kanalyna şöhlelendirilen ýagtylygyň hakyky optik güýjüni kalibrlemek kyn, bu bolsa onuň anyklaýyş işini çäklendirýär.
Däp bolanfotodetektorlarSuratlandyryş üçin ulanylýan materiallar, adatça, ýarymgeçiriji materiallara esaslanýar. Şonuň üçin litium niobaty üçin onuň pes ýagtylyk siňdiriş tizligi we izolýasiýa häsiýetleri ony fotodetektor barlagçylary tarapyndan şübhesiz halamaýan ýagdaýa getirýär we hatda bu ugurda kyn mesele bolup durýar. Şeýle-de bolsa, soňky ýyllarda geterogeçiş tehnologiýasynyň ösüşi litium niobaty esasyndaky fotodetektorlaryň barlaglaryna umyt getirdi. Güýçli ýagtylyk siňdirişine ýa-da ajaýyp geçirijiligine eýe bolan beýleki materiallar onuň kemçilikleriniň öwezini dolmak üçin litium niobaty bilen heterojen integrasiýa edilip bilner. Şol bir wagtyň özünde, litium niobatyň gurluş anizotropiýasy sebäpli öz-özünden polýarizasiýa döredýän piroelektrik häsiýetlerini ýagtylyk şöhlelendirmesiniň aşagynda ýylylyga öwürmek arkaly dolandyryp bolýar, şeýlelik bilen optoelektronik anyklaýyş üçin piroelektrik häsiýetlerini üýtgedip bolýar. Bu termal täsir giň zolakly we öz-özünden hereketlendiriji artykmaçlyklara eýedir we beýleki materiallar bilen gowy utgaşdyrylyp we birleşip bilner. Termal we fotoelektrik täsirleriň sinhron ulanylmagy litium niobaty esasyndaky fotodetektorlar üçin täze döwür açdy, enjamlara iki täsiriň hem artykmaçlyklaryny birleşdirmäge mümkinçilik berdi. Kemçilikleriň öwezini dolmak we artykmaçlyklaryň özara utgaşdyrylmagyna ýetmek üçin, ol soňky ýyllarda ylmy-barlag işleriniň iň gyzgyn nokadydyr. Mundan başga-da, ion implantasiýasyny, zolak inženerçiligini we kemçilik inženerçiligini ulanmak litium niobaty ýüze çykarmagyň kynçylygyny çözmek üçin hem gowy saýlawdyr. Şeýle-de bolsa, litium niobaty gaýtadan işlemegiň ýokary kynçylygy sebäpli bu pudak pes integrasiýa, massiw şekil enjamlarynyň we ulgamlarynyň, şeýle hem ýeterlik derejede öndürijilik ýaly uly kynçylyklar bilen ýüzbe-ýüz bolýar, bu bolsa uly ylmy gymmatlyga we giňişlige eýedir.

1-nji suratda, LN zolak aralygynyň içindeki kemçilik energiýa ýagdaýlaryny elektron donor merkezleri hökmünde ulanmak bilen, görünýän ýagtylygyň täsiri astynda geçirijilik zolagynda erkin zarýad daşaýjylary döredilýär. Adatça 100Hz töweregi jogap tizligi bilen çäklendirilen öňki piroelektrik LN fotodetektorlary bilen deňeşdirilende, buLN fotodetektory10 kHz çenli has çalt jogap tizligine eýedir. Şol bir wagtyň özünde, bu işde magniý ionlary bilen lehimlenen LN-iň 10 kHz çenli jogap bilen daşarky ýagtylyk modulýasiýasyny gazanyp biljekdigi görkezildi. Bu iş ýokary öndürijilikli weýokary tizlikli LN fotodetektorlarydoly funksiýaly bir çipli integrasiýa edilen LN fotonik çipleriniň gurluşynda.
Gysgaça aýdylanda, ylmy-barlag ugryinçe plýonkaly litium niobaty fotodetektorlarymöhüm ylmy ähmiýete we ägirt uly amaly ulanyş mümkinçiligine eýedir. Geljekde tehnologiýanyň ösmegi we ylmy-barlag işleriniň çuňlaşdyrylmagy bilen inçe plýonkaly litium niobaty (LN) fotodetektorlary has ýokary integrasiýa tarap öser. Ýokary öndürijilikli, çalt jogap berýän we giň zolakly inçe plýonkaly litium niobaty fotodetektorlaryny ähli taraplardan gazanmak üçin dürli integrasiýa usullaryny birleşdirmek hakykata öwrüler, bu bolsa çipdäki integrasiýanyň we akylly duýujylyk ugurlarynyň ösüşine uly itergi berer we täze nesil fotonika ulanylyşlary üçin has köp mümkinçilikleri döreder.