Lithium niobate (LN) fotodetektorem

Lithium niobate (LN) fotodetektorem

Lithium niobát (LN) má jedinečnou krystalovou strukturu a bohaté fyzikální účinky, jako jsou nelineární účinky, elektrooptické účinky, pyroelektrické účinky a piezoelektrické účinky. Současně má výhody okna širokopásmové optické transparentnosti a dlouhodobé stability. Díky těmto charakteristikám je LN důležitou platformou pro novou generaci integrované fotoniky. V optických zařízeních a optoelektronických systémech mohou vlastnosti LN poskytovat bohaté funkce a výkon, podporovat vývoj optické komunikace, optická výpočetní pole a optických smyslových polí. Avšak vzhledem ke slabé absorpční a izolační vlastnosti lithia niobte však integrovaná aplikace lithia niobát stále čelí problému obtížné detekce. V posledních letech patří zprávy v této oblasti hlavně integrované fotodetektory vlnovodu a heterojunkční fotodetektory.
Integrovaný fotodetektor vlnovodu založený na lithiovém niobátu je obvykle zaměřen na optickou komunikaci C-pásmo (1525-1565nm). Pokud jde o funkci, LN hraje hlavně roli řízených vln, zatímco optoelektronická detekční funkce se spoléhá hlavně na polovodiče, jako je křemík, III-V skupiny úzkých bandgapových polovodičů a dvourozměrné materiály. V takové architektuře se světlo přenáší pomocí optických vlnovodů lithia niobate s nízkou ztrátou a poté absorbováno jinými polovodičovými materiály založenými na fotoelektrických účincích (jako je fotovodivost nebo fotovoltaické účinky) pro zvýšení koncentrace nosiče a převedení na elektrické signály pro výstup. Výhodou jsou vysoká provozní šířka pásma (~ GHz), nízké provozní napětí, malá velikost a kompatibilita s integrací fotonických čipů. Avšak vzhledem k prostorovému oddělení lithiových niobatu a polovodičových materiálů, i když každý z nich vykonává vlastní funkce, LN hraje pouze roli při vedení vln a další vynikající zahraniční vlastnosti nebyly dobře využívány. Polovodičové materiály hrají pouze roli při fotoelektrické konverzi a postrádají doplňkové spojení mezi sebou, což vede k relativně omezenému operačnímu pásmu. Pokud jde o specifickou implementaci, vede spojení světla od zdroje světla k optickému vlnovodům lithia niobát k významným ztrátám a přísným požadavkům na proces. Kromě toho je obtížné kalibrovat skutečnou optickou sílu světla ozářeného na kanál polovodičového zařízení ve spojovací oblasti, což omezuje jeho detekční výkon.
TradičnífotodetektoryPoužívá se pro zobrazovací aplikace obvykle založeno na polovodičových materiálech. Proto pro lithium niobát proto jeho absorpce nízkého světla a izolační vlastnosti nepochybně nejsou upřednostňovány vědci fotodetektoru a dokonce i obtížným bodem v terénu. Vývoj technologie heterojunkční technologie v posledních letech však přinesl naději na výzkum fotodetektorů založených na lithiu niobate. Jiné materiály se silnou absorpcí světla nebo vynikající vodivostí mohou být heterogenně integrovány s lithiovým niobátem, aby se kompenzovaly jeho nedostatky. Současně lze spontánní polarizační pyroelektrické charakteristiky lithia niobate v důsledku jeho strukturální anizotropie řídit přeměnou na teplo pod ozářením světla, čímž se mění pyroelektrické vlastnosti pro optoelektronickou detekci. Tento tepelný efekt má výhody širokopásmového a vlastního řízení a může být dobře doplněn a spojen s jinými materiály. Synchronní využití tepelných a fotoelektrických efektů otevřelo novou éru pro fotodetektory na bázi lithia niobatu, což umožnilo zařízením kombinovat výhody obou účinků. A aby nahradila nedostatky a dosáhla komplementární integrace výhod, jedná se o výzkumný hotspot v posledních letech. Kromě toho je využití implantace iontů, pásového inženýrství a defektu také dobrou volbou pro řešení obtížnosti detekce niobteu lithia. Avšak vzhledem k vysokým obtížnosti zpracování lithia niobate však toto pole stále čelí velkým výzvám, jako je nízká integrace, zobrazovací zařízení a systémy pole a nedostatečný výkon, který má velkou výzkumnou hodnotu a prostor.

Obrázek 1, s použitím defektních energetických stavů v rámci LN Bandgap jako center donorů elektronů, jsou volné nosiče náboje generovány ve vodivém pásmu pod viditelným excitací světla. Ve srovnání s předchozími pyroelektrickými fotodetektory LN, které byly obvykle omezeny na rychlost odezvy kolem 100 Hz, totoLN Photodetektormá rychlejší rychlost odezvy až 10 kHz. Mezitím bylo v této práci prokázáno, že LN dopovaná hořčíkem může dosáhnout vnější modulace světla s odezvou až 10 kHz. Tato práce podporuje výzkum vysoké výkonnosti aVysokorychlostní fotodetektory LNPři konstrukci plně funkčních integrovaných LN fotonických čipů s jedním čipem.
Stručně řečeno, výzkumná oblastLithium niobate fotodetektory lithiamá důležitý vědecký význam a obrovský praktický potenciál aplikace. V budoucnu se s vývojem technologie a prohlubováním výzkumu rozvíjí fotodetektory tenkého filmu lithium niobát (LN) směrem k vyšší integraci. Kombinace různých metod integrace k dosažení vysoce výkonné, rychlé odezvy a širokopásmového tenkého filmu lithium niobte fotodetektory ve všech aspektech se stane realitou, která výrazně podporuje rozvoj integrace na čipu a inteligentní pole snímání a poskytne více možností pro Nová generace fotonických aplikací.