Բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատ (LN) լուսադետեկտոր

Բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատ (LN) լուսադետեկտոր

Լիթիումի նիոբատը (LN) ունի եզակի բյուրեղային կառուցվածք և հարուստ ֆիզիկական էֆեկտներ, ինչպիսիք են ոչ գծային էֆեկտները, էլեկտրաօպտիկական էֆեկտները, պիրոէլեկտրական էֆեկտները և պիեզոէլեկտրական էֆեկտները: Միևնույն ժամանակ, այն ունի լայնաշերտ օպտիկական թափանցիկության պատուհանի և երկարատև կայունության առավելությունները: Այս բնութագրերը LN-ը դարձնում են կարևոր հարթակ ինտեգրված ֆոտոնիկայի նոր սերնդի համար: Օպտիկական սարքերում և օպտոէլեկտրոնային համակարգերում LN-ի բնութագրերը կարող են ապահովել հարուստ գործառույթներ և կատարողականություն՝ նպաստելով օպտիկական կապի, օպտիկական հաշվարկների և օպտիկական զգայուն դաշտերի զարգացմանը: Այնուամենայնիվ, լիթիումի նիոբատի թույլ կլանման և մեկուսացման հատկությունների պատճառով, լիթիումի նիոբատի ինտեգրված կիրառումը դեռևս բախվում է դժվար հայտնաբերման խնդրին: Վերջին տարիներին այս ոլորտի զեկույցները հիմնականում ներառում են ալիքատար ինտեգրված լուսադետեկտորներ և հետերոէլեկտրոնային լուսադետեկտորներ:
Լիթիումի նիոբատի վրա հիմնված ալիքատար ինտեգրված լուսադետեկտորը սովորաբար կենտրոնացած է օպտիկական կապի C-շերտի վրա (1525-1565 նմ): Գործառույթի առումով, LN-ը հիմնականում կատարում է ուղղորդվող ալիքների դեր, մինչդեռ օպտոէլեկտրոնային հայտնաբերման ֆունկցիան հիմնականում հիմնված է կիսահաղորդիչների վրա, ինչպիսիք են սիլիցիումը, III-V խմբի նեղ գոտիական բացվածքով կիսահաղորդիչները և երկչափ նյութերը: Նման ճարտարապետության մեջ լույսը փոխանցվում է լիթիումի նիոբատի օպտիկական ալիքատարերի միջով՝ ցածր կորուստներով, ապա կլանվում է այլ կիսահաղորդչային նյութերի կողմից՝ հիմնվելով ֆոտոէլեկտրական էֆեկտների վրա (օրինակ՝ ֆոտոհաղորդականություն կամ ֆոտովոլտային էֆեկտներ)՝ կրիչի կոնցենտրացիան մեծացնելու և այն ելքային էլեկտրական ազդանշանների վերածելու համար: Առավելություններն են՝ բարձր աշխատանքային թողունակությունը (~GHz), ցածր աշխատանքային լարումը, փոքր չափը և ֆոտոնային չիպի ինտեգրման հետ համատեղելիությունը: Այնուամենայնիվ, լիթիումի նիոբատի և կիսահաղորդչային նյութերի տարածական բաժանման պատճառով, չնայած դրանցից յուրաքանչյուրը կատարում է իր սեփական գործառույթները, LN-ը դեր է խաղում միայն ուղղորդող ալիքներում, և այլ գերազանց օտար հատկությունները լավ չեն օգտագործվել: Կիսահաղորդչային նյութերը դեր են խաղում միայն ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման մեջ և չունեն միմյանց հետ լրացուցիչ կապ, ինչը հանգեցնում է համեմատաբար սահմանափակ աշխատանքային շերտի: Կոնկրետ իրականացման առումով, լույսի աղբյուրից լիթիումի նիոբատային օպտիկական ալիքատարին լույսի միացումը հանգեցնում է զգալի կորուստների և խիստ գործընթացային պահանջների: Բացի այդ, միացման շրջանում կիսահաղորդչային սարքի ալիքի վրա ճառագայթված լույսի իրական օպտիկական հզորությունը դժվար է կարգավորել, ինչը սահմանափակում է դրա հայտնաբերման կատարողականությունը:
ԱվանդականֆոտոդետեկտորներՊատկերման կիրառությունների համար օգտագործվող լուսադիտարկիչները սովորաբար հիմնված են կիսահաղորդչային նյութերի վրա: Հետևաբար, լիթիումի նիոբատի համար դրա ցածր լույսի կլանման արագությունը և մեկուսիչ հատկությունները, անկասկած, այն դարձնում են ոչ նախընտրելի լուսադետեկտորների հետազոտողների կողմից և նույնիսկ դժվարին խնդիր այս ոլորտում: Այնուամենայնիվ, վերջին տարիներին հետերոհանգույցի տեխնոլոգիայի զարգացումը հույս է ներշնչել լիթիումի նիոբատի վրա հիմնված լուսադետեկտորների հետազոտությանը: Լույսի ուժեղ կլանմամբ կամ գերազանց հաղորդունակությամբ այլ նյութեր կարող են տարասեռ ինտեգրվել լիթիումի նիոբատի հետ՝ դրա թերությունները փոխհատուցելու համար: Միևնույն ժամանակ, լիթիումի նիոբատի ինքնաբավ բևեռացման հետևանքով առաջացած պիրոէլեկտրական բնութագրերը, որոնք պայմանավորված են նրա կառուցվածքային անիզոտրոպությամբ, կարող են կառավարվել լույսի ճառագայթման տակ ջերմության փոխակերպմամբ, այդպիսով փոխելով օպտոէլեկտրոնային հայտնաբերման պիրոէլեկտրական բնութագրերը: Այս ջերմային էֆեկտն ունի լայնաշերտ և ինքնագնաց լինելու առավելությունները և կարող է լավ լրացվել և միաձուլվել այլ նյութերի հետ: Ջերմային և ֆոտոէլեկտրական էֆեկտների համաժամանակյա օգտագործումը նոր դարաշրջան է բացել լիթիումի նիոբատի վրա հիմնված լուսադետեկտորների համար, թույլ տալով սարքերին համատեղել երկու էֆեկտների առավելությունները: Եվ թերությունները փոխհատուցելու և առավելությունների լրացուցիչ ինտեգրման հասնելու համար, այն վերջին տարիներին հետազոտական ​​​​թեժ կետ է: Բացի այդ, իոնային իմպլանտացիայի, գոտիների ինժեներիայի և արատների ինժեներիայի կիրառումը նույնպես լավ ընտրություն է լիթիում նիոբատի հայտնաբերման դժվարությունը լուծելու համար: Այնուամենայնիվ, լիթիում նիոբատի մշակման բարձր դժվարության պատճառով այս ոլորտը դեռևս բախվում է մեծ մարտահրավերների, ինչպիսիք են ցածր ինտեգրացիան, մատրիցային պատկերման սարքերն ու համակարգերը, ինչպես նաև անբավարար կատարողականությունը, ինչը մեծ հետազոտական ​​արժեք և տարածք ունի:

Նկար 1-ում, օգտագործելով LN արգելակային գոտու ներսում գտնվող արատների էներգետիկ վիճակները որպես էլեկտրոնային դոնոր կենտրոններ, տեսանելի լույսի գրգռման տակ հաղորդչական գոտում առաջանում են ազատ լիցքի կրիչներ: Նախորդ պիրոէլեկտրական LN լուսադետեկտորների համեմատ, որոնք սովորաբար սահմանափակվում էին մոտ 100 Հց արձագանքման արագությամբ, սաLN լուսադետեկտորունի ավելի արագ արձագանքման արագություն՝ մինչև 10 կՀց: Միևնույն ժամանակ, այս աշխատանքում ցույց է տրվել, որ մագնեզիումի իոններով լեգիրված LN-ը կարող է հասնել արտաքին լույսի մոդուլյացիայի՝ մինչև 10 կՀց արձագանքով: Այս աշխատանքը նպաստում է բարձր արդյունավետության ևբարձր արագությամբ LN լուսադետեկտորներլիովին ֆունկցիոնալ միաչիպային ինտեգրված LN ֆոտոնային չիպերի կառուցման մեջ։
Ամփոփելով՝ հետազոտական ​​ոլորտըբարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատային լուսադետեկտորներունի կարևոր գիտական ​​նշանակություն և հսկայական գործնական կիրառման ներուժ: Ապագայում, տեխնոլոգիաների զարգացման և հետազոտությունների խորացման հետ մեկտեղ, բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային (LN) լուսադետեկտորները կզարգանան դեպի ավելի բարձր ինտեգրացիա: Բարձր արդյունավետությամբ, արագ արձագանքմամբ և լայնաշերտ բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային լուսադետեկտորների բոլոր ասպեկտներում հասնելու համար տարբեր ինտեգրման մեթոդների համադրությունը կդառնա իրականություն, ինչը մեծապես կնպաստի չիպային ինտեգրացիայի և ինտելեկտուալ զգայուն դաշտերի զարգացմանը և ավելի շատ հնարավորություններ կընձեռի ֆոտոնիկայի նոր սերնդի կիրառությունների համար: