Dunfilm litiumniobat (LN) fotodetektor

Dunfilm litiumniobat (LN) fotodetektor

Litiumniobat (LN) het 'n unieke kristalstruktuur en ryk fisiese effekte, soos nie-lineêre effekte, elektro-optiese effekte, piro-elektriese effekte en piezo-elektriese effekte. Terselfdertyd het dit die voordele van 'n wyeband optiese deursigtigheidsvenster en langtermynstabiliteit. Hierdie eienskappe maak LN 'n belangrike platform vir die nuwe generasie geïntegreerde fotonika. In optiese toestelle en opto-elektroniese stelsels kan die eienskappe van LN ryk funksies en werkverrigting bied, wat die ontwikkeling van optiese kommunikasie, optiese berekening en optiese sensorvelde bevorder. As gevolg van die swak absorpsie- en isolasie-eienskappe van litiumniobat, staar die geïntegreerde toepassing van litiumniobat egter steeds die probleem van moeilike opsporing in die gesig. In onlangse jare het verslae in hierdie veld hoofsaaklik golfgeleier-geïntegreerde fotodetektors en heterojunksie-fotodetektors ingesluit.
Die golfgeleier-geïntegreerde fotodetektor gebaseer op litiumniobat is gewoonlik gefokus op die optiese kommunikasie C-band (1525-1565nm). Wat funksie betref, speel LN hoofsaaklik die rol van geleide golwe, terwyl die opto-elektroniese opsporingsfunksie hoofsaaklik staatmaak op halfgeleiers soos silikon, III-V groep smal bandgaping halfgeleiers en tweedimensionele materiale. In so 'n argitektuur word lig deur litiumniobat optiese golfgeleiers met lae verlies oorgedra en dan geabsorbeer deur ander halfgeleiermateriale gebaseer op fotoëlektriese effekte (soos fotogeleiding of fotovoltaïese effekte) om die draerkonsentrasie te verhoog en dit in elektriese seine vir uitvoer om te skakel. Die voordele is hoë bedryfsbandwydte (~GHz), lae bedryfspanning, klein grootte en versoenbaarheid met fotoniese skyfie-integrasie. As gevolg van die ruimtelike skeiding van litiumniobat en halfgeleiermateriale, hoewel hulle elkeen hul eie funksies verrig, speel LN egter slegs 'n rol in die leiding van golwe en ander uitstekende vreemde eienskappe is nie goed benut nie. Halfgeleiermateriale speel slegs 'n rol in fotoëlektriese omskakeling en het nie komplementêre koppeling met mekaar nie, wat lei tot 'n relatief beperkte bedryfsband. In terme van spesifieke implementering, lei die koppeling van lig vanaf die ligbron na die litiumniobat optiese golfgeleier tot beduidende verliese en streng prosesvereistes. Boonop is die werklike optiese krag van die lig wat op die halfgeleiertoestelkanaal in die koppelingsgebied bestraal word, moeilik om te kalibreer, wat die opsporingsprestasie daarvan beperk.
Die tradisionelefotodetektorsWat vir beeldvormingstoepassings gebruik word, is gewoonlik gebaseer op halfgeleiermateriale. Daarom maak die lae ligabsorpsietempo en isolerende eienskappe van litiumniobat dit ongetwyfeld nie bevoordeel deur fotodetektornavorsers nie, en selfs 'n moeilike punt in die veld. Die ontwikkeling van heterojunksietegnologie in onlangse jare het egter hoop gebring vir die navorsing van litiumniobat-gebaseerde fotodetektors. Ander materiale met sterk ligabsorpsie of uitstekende geleidingsvermoë kan heterogeen met litiumniobat geïntegreer word om vir sy tekortkominge te vergoed. Terselfdertyd kan die spontane polarisasie-geïnduseerde piroëlektriese eienskappe van litiumniobat as gevolg van sy strukturele anisotropie beheer word deur om te skakel na hitte onder ligbestraling, waardeur die piroëlektriese eienskappe vir opto-elektroniese opsporing verander word. Hierdie termiese effek het die voordele van wyeband en selfaandrywing, en kan goed aangevul en saamgesmelt word met ander materiale. Die sinchroniese benutting van termiese en fotoëlektriese effekte het 'n nuwe era vir litiumniobat-gebaseerde fotodetektors geopen, wat toestelle in staat stel om die voordele van beide effekte te kombineer. En om die tekortkominge te vergoed en komplementêre integrasie van voordele te bereik, is dit die afgelope paar jaar 'n navorsingsbrandpunt. Daarbenewens is die gebruik van iooninplanting, bandingenieurswese en defekingenieurswese ook 'n goeie keuse om die probleme van die opsporing van litiumniobat op te los. As gevolg van die hoë verwerkingsmoeilikheid van litiumniobat, staar hierdie veld egter steeds groot uitdagings in die gesig, soos lae integrasie, reeksbeeldtoestelle en -stelsels, en onvoldoende werkverrigting, wat groot navorsingswaarde en ruimte het.

Figuur 1, met behulp van die defek-energietoestande binne die LN-bandgaping as elektronskenkersentrums, word vrye ladingdraers in die geleidingsband gegenereer onder sigbare lig-opwekking. In vergelyking met vorige piroëlektriese LN-fotodetektors, wat tipies beperk was tot 'n reaksiespoed van ongeveer 100Hz, het hierdieLN fotodetektorhet 'n vinniger reaksiespoed van tot 10 kHz. Intussen is in hierdie werk gedemonstreer dat magnesiumioon-gedoteerde LN eksterne ligmodulasie met 'n reaksie van tot 10 kHz kan bereik. Hierdie werk bevorder die navorsing oor hoëprestasie enhoëspoed LN fotodetektorsin die konstruksie van ten volle funksionele enkel-skyfie geïntegreerde LN fotoniese skyfies.
Kortliks, die navorsingsveld vandunfilm litium niobaat fotodetektorshet belangrike wetenskaplike betekenis en enorme praktiese toepassingspotensiaal. In die toekoms, met die ontwikkeling van tegnologie en die verdieping van navorsing, sal dunfilm-litiumniobat (LN) fotodetektors ontwikkel na hoër integrasie. Die kombinasie van verskillende integrasiemetodes om hoëprestasie, vinnige reaksie en wyeband-dunfilm-litiumniobat-fotodetektors in alle aspekte te bereik, sal 'n werklikheid word, wat die ontwikkeling van on-chip-integrasie en intelligente sensorvelde aansienlik sal bevorder, en meer moontlikhede vir die nuwe generasie fotonika-toepassings sal bied.