Plonasluoksnis ličio niobato (LN) fotodetektorius
Ličio niobatas (LN) pasižymi unikalia kristaline struktūra ir gausiais fiziniais efektais, tokiais kaip netiesiniai efektai, elektrooptiniai efektai, piroelektriniai efektai ir pjezoelektriniai efektai. Tuo pačiu metu jis pasižymi plačiajuosčiu optinio skaidrumo langu ir ilgalaikiu stabilumu. Šios savybės daro LN svarbia platforma naujos kartos integruotai fotonikai. Optiniuose įrenginiuose ir optoelektroninėse sistemose LN savybės gali užtikrinti platų funkcijų ir našumo spektrą, skatindamos optinio ryšio, optinių skaičiavimų ir optinių jutimo laukų plėtrą. Tačiau dėl silpnų ličio niobato sugerties ir izoliacijos savybių integruotas ličio niobato taikymas vis dar susiduria su sudėtingo aptikimo problema. Pastaraisiais metais šios srities ataskaitose daugiausia aptariami bangolaidžio integruoti fotodetektoriai ir heterosandūros fotodetektoriai.
Ličio niobato pagrindu sukurtas bangolaidžiu integruotas fotodetektorius paprastai orientuotas į optinio ryšio C juostą (1525–1565 nm). Kalbant apie funkciją, puslaidininkinis bangolaidis daugiausia atlieka kreipiamųjų bangų vaidmenį, o optoelektroninio aptikimo funkcija daugiausia remiasi puslaidininkiais, tokiais kaip silicis, III-V grupės siauros draudžiamosios juostos puslaidininkiai ir dvimatės medžiagos. Tokioje architektūroje šviesa perduodama per ličio niobato optinius bangolaidžius su mažais nuostoliais, o po to, remdamasi fotoelektriniais efektais (pvz., fotolaidumu arba fotovoltiniais efektais), ją sugeria kitos puslaidininkinės medžiagos, kad padidintų nešėjų koncentraciją ir paverstų ją išvesties elektriniais signalais. Privalumai yra didelis veikimo pralaidumas (~GHz), maža veikimo įtampa, mažas dydis ir suderinamumas su fotoninių lustų integracija. Tačiau dėl ličio niobato ir puslaidininkinių medžiagų erdvinio atskyrimo, nors kiekviena iš jų atlieka savo funkcijas, LN atlieka tik kreipiamųjų bangų vaidmenį, o kitos puikios pašalinės savybės nebuvo gerai išnaudotos. Puslaidininkinės medžiagos atlieka tik fotoelektrinės konversijos vaidmenį ir neturi papildomos sąveikos viena su kita, todėl veikimo juosta yra gana ribota. Kalbant apie konkretų įgyvendinimą, šviesos sujungimas iš šviesos šaltinio į ličio niobato optinį bangolaidį lemia didelius nuostolius ir griežtus proceso reikalavimus. Be to, sunku kalibruoti faktinę šviesos, apšvitintos ant puslaidininkinio įtaiso kanalo sujungimo srityje, optinę galią, o tai riboja jo aptikimo našumą.
TradicinisfotodetektoriaiVaizdavimo reikmėms paprastai naudojami puslaidininkiniai elementai. Todėl ličio niobatas dėl mažo šviesos sugerties greičio ir izoliacinių savybių neabejotinai nėra mėgstamas fotodetektorių tyrėjų ir netgi tampa sudėtingu šios srities uždaviniu. Tačiau pastaraisiais metais išvystyta heterosandūrų technologija suteikė vilties ličio niobato pagrindu sukurtų fotodetektorių tyrimams. Su ličio niobatu galima heterogeniškai integruoti kitas medžiagas, pasižyminčias didele šviesos sugertimi arba puikiu laidumu, siekiant kompensuoti jo trūkumus. Tuo pačiu metu savaiminės poliarizacijos sukeltas ličio niobato piroelektrines savybes dėl jo struktūrinės anizotropijos galima kontroliuoti paverčiant jį šiluma šviesos spinduliuote, taip keičiant piroelektrines charakteristikas optoelektroniniam aptikimui. Šis terminis efektas turi plačiajuosčio ir savaiminio valdymo pranašumus, jį galima gerai papildyti ir sujungti su kitomis medžiagomis. Sinchroninis terminio ir fotoelektrinio efekto panaudojimas atvėrė naują erą ličio niobato pagrindu sukurtų fotodetektorių srityje, leisdamas įrenginiams derinti abiejų efektų privalumus. Siekiant kompensuoti trūkumus ir pasiekti papildomą privalumų integraciją, pastaraisiais metais tai tapo tyrimų centru. Be to, jonų implantacijos, juostų inžinerijos ir defektų inžinerijos panaudojimas taip pat yra geras pasirinkimas ličio niobato aptikimo sunkumams išspręsti. Tačiau dėl didelio ličio niobato apdorojimo sudėtingumo ši sritis vis dar susiduria su dideliais iššūkiais, tokiais kaip maža integracija, masyvo vaizdavimo įrenginiai ir sistemos bei nepakankamas našumas, o tai turi didelę mokslinių tyrimų vertę ir erdvę.
1 paveiksle, naudojant LN draustinėje juostoje esančias defektų energijos būsenas kaip elektronų donorinius centrus, matomos šviesos sužadinimo metu laidumo juostoje generuojami laisvieji krūvininkai. Palyginti su ankstesniais piroelektriniais LN fotodetektoriais, kurių atsako dažnis paprastai buvo apribotas maždaug 100 Hz, šis...LN fotodetektoriuspasižymi greitesniu atsako greičiu iki 10 kHz. Tuo tarpu šiame darbe buvo įrodyta, kad magnio jonais legiruotas LN gali pasiekti išorinės šviesos moduliaciją su iki 10 kHz atsaku. Šis darbas skatina didelio našumo irdidelės spartos LN fotodetektoriaikonstruojant pilnai funkcionuojančius vieno lusto integruotus LN fotoninius lustus.
Apibendrinant, tyrimų sritisPlonasluoksniai ličio niobato fotodetektoriaituri didelę mokslinę reikšmę ir milžinišką praktinio pritaikymo potencialą. Ateityje, tobulėjant technologijoms ir gilėjant tyrimams, plonasluoksniai ličio niobato (LN) fotodetektoriai vystysis didesnės integracijos link. Skirtingų integravimo metodų derinimas, siekiant didelio našumo, greito reagavimo ir plačiajuosčių plonasluoksnių ličio niobato fotodetektorių visais aspektais, taps realybe, o tai labai paskatins integracijos lustuose ir intelektualių jutimo sričių plėtrą bei suteiks daugiau galimybių naujos kartos fotonikos taikymams.
Įrašo laikas: 2025 m. vasario 17 d.