Dunne film lithium niobate (ln) fotodetector
Lithium niobaat (LN) heeft een unieke kristalstructuur en rijke fysieke effecten, zoals niet-lineaire effecten, elektro-optische effecten, pyro-elektrische effecten en piëzo-elektrische effecten. Tegelijkertijd heeft het de voordelen van wideband optisch transparantievenster en langdurige stabiliteit. Deze kenmerken maken LN een belangrijk platform voor de nieuwe generatie geïntegreerde fotonica. In optische apparaten en opto -elektronische systemen kunnen de kenmerken van LN rijke functies en prestaties bieden, het bevorderen van de ontwikkeling van optische communicatie, optische computers en optische detectievelden. Vanwege de zwakke absorptie- en isolatie -eigenschappen van lithium niobaat, wordt de geïntegreerde toepassing van lithiumniobaat echter nog steeds geconfronteerd met het probleem van moeilijke detectie. In de afgelopen jaren omvatten rapporten op dit gebied voornamelijk met golfgeleider geïntegreerde fotodetectoren en heterojunctie -fotodetectors.
De door golfgeleider geïntegreerde fotodetector op basis van lithiumniobaat is meestal gericht op de optische communicatie-C-band (1525-1565 Nm). In termen van functie speelt LN voornamelijk de rol van geleide golven, terwijl de opto-elektronische detectiefunctie voornamelijk afhankelijk is van halfgeleiders zoals silicium, III-V-groep smalle bandgap halfgeleiders en tweedimensionale materialen. In een dergelijke architectuur wordt licht overgedragen door optische golfgeleiders van lithiumniobaat met laag verlies en vervolgens geabsorbeerd door andere halfgeleidermaterialen op basis van foto -elektrische effecten (zoals fotoconductiviteit of fotovoltaïsche effecten) om de dragerconcentratie te verhogen en om te zetten in elektrische signalen voor output. De voordelen zijn een hoge operationele bandbreedte (~ GHz), lage bedrijfsspanning, klein formaat en compatibiliteit met fotonische chip -integratie. Vanwege de ruimtelijke scheiding van lithiumniobaat- en halfgeleidermaterialen, hoewel ze elk hun eigen functies uitvoeren, speelt LN echter alleen een rol bij het leiden van golven en andere uitstekende vreemde eigenschappen zijn niet goed gebruikt. Semiconductor -materialen spelen alleen een rol bij foto -elektrische conversie en missen complementaire koppeling met elkaar, wat resulteert in een relatief beperkte werkband. In termen van specifieke implementatie resulteert de koppeling van het licht van de lichtbron aan de optische golfgeleider van het lithium niobaat in aanzienlijke verliezen en strikte procesvereisten. Bovendien is het werkelijke optische vermogen van het licht bestraald op het halfgeleiderapparaatkanaal in het koppelingsgebied moeilijk te kalibreren, wat de detectieprestaties ervan beperkt.
De traditionelefotodetectorsGebruikt voor beeldvormingstoepassingen zijn meestal gebaseerd op halfgeleidermaterialen. Daarom maken voor lithiumniobaat de absorptiesnelheid met weinig licht en isolerende eigenschappen het ongetwijfeld niet begunstigd door fotodetector -onderzoekers, en zelfs een moeilijk punt in het veld. De ontwikkeling van heterojunctie -technologie in de afgelopen jaren heeft echter hoop gebracht in het onderzoek van op lithium niobaat gebaseerde fotodetectoren. Andere materialen met een sterke lichtabsorptie of uitstekende geleidbaarheid kunnen heterogeen worden geïntegreerd met lithiumniobaat om zijn tekortkomingen te compenseren. Tegelijkertijd induceerde de spontane polarisatie pyro -elektrische kenmerken van lithiumniobaat vanwege de structurele anisotropie ervan kan worden geregeld door te converteren om te verwarmen onder licht bestraling, waardoor de pyro -elektrische kenmerken voor opto -elektronische detectie worden veranderd. Dit thermische effect heeft de voordelen van breedband en zelf rijden en kunnen goed worden aangevuld en gefuseerd met andere materialen. Het synchrone gebruik van thermische en foto -elektrische effecten heeft een nieuw tijdperk geopend voor op lithium niobaat gebaseerde fotodetectoren, waardoor apparaten de voordelen van beide effecten kunnen combineren. En om de tekortkomingen te compenseren en een aanvullende integratie van voordelen te bereiken, is het de afgelopen jaren een onderzoekshotspot. Bovendien is het gebruik van ionenimplantatie, bandtechniek en defecttechniek ook een goede keuze om de moeilijkheid om lithiumniobaat te detecteren op te lossen. Vanwege de hoge verwerkingsproblemen van lithiumniobaat staat dit veld echter nog steeds voor grote uitdagingen zoals lage integratie, array -beeldvormingsapparatuur en systemen, en onvoldoende prestaties, die grote onderzoekswaarde en ruimte hebben.
Figuur 1, met behulp van de defect -energietoestanden in de LN -bandgap als elektronendonorcentra, worden gratis ladingsdragers gegenereerd in de geleidingsband onder zichtbare lichte excitatie. Vergeleken met eerdere pyro -elektrische LN -fotodetectoren, die meestal beperkt waren tot een reactiesnelheid van ongeveer 100Hz,LN PhotodetectorHeeft een hogere responssnelheid van maximaal 10 kHz. Ondertussen werd in dit werk aangetoond dat met magnesiumionen gedoteerde LN externe lichtmodulatie kan bereiken met een reactie van maximaal 10 kHz. Dit werk bevordert het onderzoek naar krachtige prestaties enHigh-speed LN PhotodetectorsBij de constructie van volledig functionele geïntegreerde LN-fotonische chips met één chip.
Samenvattend, het onderzoeksveld vandunne film lithium niobate fotodetectorsheeft een belangrijke wetenschappelijke betekenis en enorm praktisch toepassingspotentieel. In de toekomst, met de ontwikkeling van technologie en de verdieping van onderzoek, zullen dunne filmlithium niobate (LN) fotodetectoren zich ontwikkelen voor een hogere integratie. Het combineren van verschillende integratiemethoden om hoogwaardige, snelle respons en breedband dunne filmlithium niobaat fotodetectoren te bereiken in alle aspecten zal een realiteit worden, die de ontwikkeling van on-chip integratie en intelligente detectievelden aanzienlijk zal bevorderen en meer mogelijkheden zal bieden voor het Nieuwe generatie fotonische toepassingen.
Posttijd: 17-2025