Photodetector de niobat de liti de pel·lícula fina (LN)

Photodetector de niobat de liti de pel·lícula fina (LN)

El niobat de liti (LN) té una estructura de cristall única i efectes físics rics, com ara efectes no lineals, efectes electro-òptics, efectes piroelèctrics i efectes piezoelèctrics. Al mateix temps, té els avantatges de la finestra de transparència òptica de banda ampla i l'estabilitat a llarg termini. Aquestes característiques fan de LN una plataforma important per a la nova generació de fotònics integrats. En dispositius òptics i sistemes optoelectrònics, les característiques de la LN poden proporcionar funcions i rendiment rics, promovent el desenvolupament de la comunicació òptica, la informàtica òptica i els camps de detecció òptica. No obstant això, a causa de la feble absorció i les propietats d’aïllament del niobat de liti, l’aplicació integrada del niobat de liti encara s’enfronta al problema de la detecció difícil. En els darrers anys, els informes d’aquest camp inclouen principalment fotodetectors integrats per guies d’ona i fotodetectors d’heterojunció.
El fotodetector integrat de guies d'ona basada en niobat de liti se sol centrar en la banda C de comunicació òptica (1525-1565nm). Pel que fa a la funció, LN té el paper principalment de les ones guiades, mentre que la funció de detecció optoelectrònica es basa principalment en semiconductors com el silici, el grup III-V, els semiconductors de banda estrets i els materials bidimensionals. En una arquitectura així, la llum es transmet a través de guies d’ona òptiques de niobat de liti amb baixa pèrdua, i després s’absorbeix per altres materials semiconductors basats en efectes fotoelèctrics (com la fotoconductivitat o els efectes fotovoltaics) per augmentar la concentració del transportista i convertir -lo en senyals elèctriques per a la producció. Els avantatges són l'ample de banda de gran funcionament (~ GHz), la baixa tensió de funcionament, la mida petita i la compatibilitat amb la integració de xip fotònics. No obstant això, a causa de la separació espacial de materials de niobat de liti i semiconductors, tot i que cadascun exerceixen les seves pròpies funcions, LN només té un paper en les ones guiades i altres propietats estrangeres excel·lents no han estat ben utilitzades. Els materials de semiconductors només tenen un paper en la conversió fotoelèctrica i no tenen un acoblament complementari entre ells, donant lloc a una banda de funcionament relativament limitada. En termes d’implementació específica, l’acoblament de la llum des de la font de llum fins a la guia d’ona òptica de niobat de liti produeix pèrdues importants i requisits estrictes del procés. A més, és difícil de calibrar la potència òptica real de la llum irradiada al canal del dispositiu semiconductor a la regió d’acoblament, cosa que limita el seu rendiment de detecció.
El tradicionalfotodetectorsS'utilitza per a aplicacions d'imatge normalment es basen en materials de semiconductors. Per tant, per al niobat de liti, la seva baixa taxa d’absorció de llum i les propietats aïllants fan que, sens dubte, no sigui afavorit pels investigadors fotodetectors i, fins i tot, un punt difícil del camp. No obstant això, el desenvolupament de la tecnologia d’heterojunció en els darrers anys ha aportat esperança a la investigació de fotodetectors basats en niobat de liti. Altres materials amb una forta absorció de llum o una excel·lent conductivitat es poden integrar heterogèniament amb niobat de liti per compensar les seves mancances. Al mateix temps, la polarització espontània va induir les característiques piroelèctriques del niobat de liti a causa de la seva anisotropia estructural es pot controlar convertint -se en calor sota irradiació de la llum, canviant així les característiques piroelèctriques per a la detecció optoelectrònica. Aquest efecte tèrmic té els avantatges de la conducció de banda ampla i de si mateix i es pot complementar i fusionar amb altres materials. La utilització sincrònica d’efectes tèrmics i fotoelèctrics ha obert una nova era per als fotodetectors basats en niobat de liti, permetent als dispositius combinar els avantatges dels dos efectes. I per compensar les mancances i aconseguir una integració complementària dels avantatges, és un punt de recerca en els darrers anys. A més, la utilització de la implantació d’ions, l’enginyeria de bandes i l’enginyeria de defectes també és una bona opció per resoldre la dificultat de detectar niobat de liti. Tot i això, a causa de l’elevada dificultat de processament del niobat de liti, aquest camp encara s’enfronta a grans reptes com ara baixa integració, dispositius i sistemes d’imatge de matriu i un rendiment insuficient, que té un gran valor i espai de la investigació.

Figura 1, utilitzant els estats d’energia de defectes dins del LN BandGAP com a centres de donants d’electrons, es generen portadors de càrrega lliure a la banda de conducció sota excitació de llum visible. En comparació amb els fotodetectors piroelèctrics anteriors, que normalment es limitaven a una velocitat de resposta d’uns 100 Hz, aixòFotodetector de lnTé una velocitat de resposta més ràpida de fins a 10 kHz. Mentrestant, en aquest treball es va demostrar que LN dopat amb ió de magnesi pot aconseguir una modulació de llum externa amb una resposta de fins a 10 kHz. Aquest treball promou la investigació sobre alt rendiment iFotodetectors de LN d'alta velocitatEn la construcció de xips fotònics integrats amb un xip completament funcionals.
En resum, el camp de recerca dePhotodetectors de niobat de liti de pel·lícula finaté una importància científica important i un enorme potencial d’aplicació pràctica. En el futur, amb el desenvolupament de la tecnologia i l’aprofundiment de la investigació, els fotodetectors de niobat de liti de pel·lícula prima (LN) es desenvoluparan cap a una integració més elevada. Combinant diferents mètodes d’integració per aconseguir fotodetectors de niobat de niobat de filit de filit de filit de filtri de filtri de gran rendiment, que promourà molt el desenvolupament de camps d’integració i detecció intel·ligents i proporcionarà més possibilitats per al Nova generació d’aplicacions fotòniques.