Litio niobato (LN) film meheko fotodetektagailua

Litio niobato (LN) film meheko fotodetektagailua

Litio niobatoak (LN) kristal-egitura berezia eta efektu fisiko aberatsak ditu, hala nola efektu ez-linealak, efektu elektro-optikoak, efektu piroelektrikoak eta efektu piezoelektrikoak. Aldi berean, banda zabaleko gardentasun optikoko leihoaren eta epe luzeko egonkortasunaren abantailak ditu. Ezaugarri hauek LN plataforma garrantzitsu bihurtzen dute fotonika integratuaren belaunaldi berrirako. Gailu optikoetan eta sistema optoelektronikoetan, LNren ezaugarriek funtzio eta errendimendu aberatsak eman ditzakete, komunikazio optikoaren, konputazio optikoaren eta sentsore optikoen eremuen garapena sustatuz. Hala ere, litio niobatoaren xurgapen eta isolamendu propietate ahulak direla eta, litio niobatoaren aplikazio integratuak oraindik detekzio zailaren arazoari aurre egin behar dio. Azken urteotan, arlo honetako txostenek batez ere uhin-gida integratuko fotodetektagailuak eta heterojuntura fotodetektagailuak barne hartzen dituzte.
Litio niobatoan oinarritutako uhin-gida integratuko fotodetektagailua normalean C bandako komunikazio optikoan (1525-1565nm) zentratzen da. Funtzioari dagokionez, LN-k batez ere uhin gidatuen eginkizuna betetzen du, eta optoelektronikako detekzio-funtzioa, berriz, silizioa, III-V taldeko banda-tarte estuko erdieroaleak eta bi dimentsioko materialak bezalako erdieroaleetan oinarritzen da. Arkitektura horretan, argia litio niobatozko uhin-gida optikoen bidez transmititzen da galera txikiarekin, eta ondoren beste erdieroale material batzuek xurgatzen dute efektu fotoelektrikoetan oinarrituta (fotoeroankortasuna edo efektu fotovoltaikoak, adibidez) eramaileen kontzentrazioa handitzeko eta irteerako seinale elektriko bihurtzeko. Abantailak funtzionamendu-banda zabalera handia (~GHz), funtzionamendu-tentsio baxua, tamaina txikia eta txip fotonikoen integrazioarekin bateragarritasuna dira. Hala ere, litio niobatoaren eta erdieroaleen materialen bereizketa espaziala dela eta, bakoitzak bere funtzioak betetzen baditu ere, LN-k uhinak gidatzeko eginkizuna baino ez du betetzen eta beste propietate arrotz bikainak ez dira ondo erabili. Erdieroale materialek fotokonbertsio fotoelektrikoan bakarrik betetzen dute eginkizuna eta ez dute elkarren arteko akoplamendu osagarririk, eta horren ondorioz, funtzionamendu-banda nahiko mugatua da. Inplementazio espezifikoari dagokionez, argi-iturritik litio niobatozko uhin-gida optikora argia akoplatzeak galera handiak eta prozesu-eskakizun zorrotzak eragiten ditu. Gainera, akoplamendu-eskualdean erdieroale-gailuaren kanalera irradiatzen den argiaren benetako potentzia optikoa zaila da kalibratzen, eta horrek bere detekzio-errendimendua mugatzen du.
Tradizionala.fotodetektagailuakIrudi aplikazioetarako erabiltzen diren materialak normalean erdieroale materialetan oinarritzen dira. Beraz, litio niobatoarentzat, argi xurgapen-tasa baxua eta isolamendu propietateak zalantzarik gabe ez dute fotodetektagailuen ikertzaileen gogokoena bihurtzen, eta are puntu zaila da arlo horretan. Hala ere, azken urteotan heterojuntura teknologiaren garapenak itxaropena ekarri dio litio niobatoan oinarritutako fotodetektagailuen ikerketari. Argi xurgapen handia edo eroankortasun bikaina duten beste material batzuk heterogeneoki integra daitezke litio niobatoarekin, bere gabeziak konpentsatzeko. Aldi berean, litio niobatoaren polarizazio espontaneoaren ondoriozko ezaugarri piroelektrikoak, bere egitura anisotropiagatik, argi erradiaziopean bero bihurtuz kontrola daitezke, horrela detekzio optoelektronikoaren ezaugarri piroelektrikoak aldatuz. Efektu termiko honek banda zabaleko eta autogidatzeko abantailak ditu, eta ondo osatu eta fusionatu daiteke beste material batzuekin. Efektu termiko eta fotoelektrikoen erabilera sinkronoak aro berri bat ireki du litio niobatoan oinarritutako fotodetektagailuentzat, gailuei bi efektuen abantailak konbinatzeko aukera emanez. Eta gabeziak konpentsatzeko eta abantailak osagarri gisa integratzeko, azken urteotako ikerketa-gune nagusia da. Gainera, ioien inplantazioaren, banda-ingeniaritzaren eta akatsen ingeniaritzaren erabilera ere aukera ona da litio niobatoa detektatzeko zailtasuna konpontzeko. Hala ere, litio niobatoaren prozesatzeko zailtasun handia dela eta, arlo honek oraindik erronka handiak ditu, hala nola integrazio baxua, matrizearen irudi-gailuak eta sistemak, eta errendimendu eskasa, eta horrek ikerketa-balio eta espazio handia du.

1. irudian, LN banda-tartearen barruko akats-energia-egoerak elektroi-emaileen zentro gisa erabiliz, karga-eramaile askeak sortzen dira eroapen-bandan argi ikusgaiaren kitzikapenaren pean. Aurreko LN fotodetektagailu piroelektrikoekin alderatuta, normalean 100Hz inguruko erantzun-abiadurara mugatuta zeudenak, hau...LN fotodetektagailua10kHz-ko erantzun-abiadura azkarragoa du. Bitartean, lan honetan, frogatu da magnesio ioiekin dopatutako LN-k kanpoko argi-modulazioa lor dezakeela 10kHz-ko erantzunarekin. Lan honek errendimendu handiko eta ikerketa sustatzen duAbiadura handiko LN fotodetektagailuakTxip bakarreko LN fotoniko integratutako txip guztiz funtzionalen eraikuntzan.
Laburbilduz, ikerketa arloaLitio niobatozko film meheko fotodetektagailuakGarrantzi zientifiko handia eta aplikazio praktiko potentzial izugarria ditu. Etorkizunean, teknologiaren garapenarekin eta ikerketaren sakontzearekin batera, litio niobatozko (LN) film meheko fotodetektagailuak integrazio handiagoarantz garatuko dira. Integrazio-metodo desberdinak konbinatzea errendimendu handiko, erantzun azkarrako eta banda zabaleko litio niobatozko film meheko fotodetektagailuak alderdi guztietan lortzeko errealitate bihurtuko da, eta horrek txip barruko integrazioaren eta sentsore-eremu adimendunen garapena asko sustatuko du, eta aukera gehiago eskainiko ditu fotonika-aplikazioen belaunaldi berrirako.