Filme fino de película de niobate (LN) fotodetector

Filme fino de película de niobate (LN) fotodetector

O niobato de litio (LN) ten unha estrutura de cristal único e efectos físicos ricos, como efectos non lineais, efectos electro-ópticos, efectos piroeléctricos e efectos piezoeléctricos. Ao mesmo tempo, ten as vantaxes da xanela de transparencia óptica de banda ancha e a estabilidade a longo prazo. Estas características fan que LN sexa unha plataforma importante para a nova xeración de fotónica integrada. En dispositivos ópticos e sistemas optoelectrónicos, as características de LN poden proporcionar funcións e rendemento ricos, promovendo o desenvolvemento de comunicación óptica, computación óptica e campos de detección óptica. Non obstante, debido ás débiles propiedades de absorción e illamento do niobato de litio, a aplicación integrada do niobato de litio aínda se enfronta ao problema dunha difícil detección. Nos últimos anos, os informes neste campo inclúen principalmente fotodetectores integrados de guía de ondas e fotodetectores de heterojunción.
O fotodetector integrado da guía de ondas baseado no niobato de litio normalmente está centrado na banda C de comunicación óptica (1525-1565nm). En termos de función, o LN xoga principalmente o papel das ondas guiadas, mentres que a función de detección optoelectrónica depende principalmente de semiconductores como silicio, semicondutores de banda estreita de grupo estreito e materiais bidimensionais. En tal arquitectura, a luz transmítese a través de guías de ondas ópticas de niobato de litio con baixa perda, e logo absorbidas por outros materiais de semiconductor baseados en efectos fotoeléctricos (como fotoconductividade ou efectos fotovoltaicos) para aumentar a concentración do portador e convertela en sinais eléctricos para a produción. As vantaxes son de alto ancho de banda de funcionamento (~ GHz), baixa tensión de funcionamento, pequeno tamaño e compatibilidade coa integración de chip fotónico. Non obstante, debido á separación espacial de materiais de niobato de litio e semiconductores, aínda que cada un desempeña as súas propias funcións, LN só xoga un papel na guía de ondas e outras excelentes propiedades estranxeiras non se utilizaron ben. Os materiais de semiconductor só xogan un papel na conversión fotoeléctrica e carecen de acoplamiento complementario entre si, obtendo unha banda operativa relativamente limitada. En termos de implementación específica, o acoplamiento da luz desde a fonte de luz ata a guía de onda óptica de niobato de litio dá como resultado perdas significativas e requisitos de proceso estritos. Ademais, é difícil calibrar a potencia óptica real da luz irradiada na canle de dispositivos de semiconductores na rexión de acoplamiento, o que limita o seu rendemento de detección.
O tradicionalfotodetectoresUsado para aplicacións de imaxe normalmente baséanse en materiais de semiconductor. Polo tanto, para o niobato de litio, a súa baixa taxa de absorción de luz e as propiedades illantes fan que, sen dúbida, non sexa favorecido polos investigadores fotodetectores, e incluso un punto difícil no campo. Non obstante, o desenvolvemento da tecnoloxía de heterojunción nos últimos anos trouxo esperanza á investigación de fotodetectores baseados en niobato de litio. Outros materiais con forte absorción de luz ou unha excelente condutividade pódense integrar heteroxéneamente co niobato de litio para compensar as súas carencias. Ao mesmo tempo, a polarización espontánea inducida ás características piroeléctricas do niobato de litio debido á súa anisotropía estrutural pode controlarse converténdose en calor baixo irradiación de luz, cambiando así as características piroeléctricas para a detección optoelectrónica. Este efecto térmico ten as vantaxes da banda ancha e da condución propia e pódese complementar e fusionarse con outros materiais. A utilización sincrónica de efectos térmicos e fotoeléctricos abriu unha nova era para fotodetectores baseados en niobato de litio, permitindo aos dispositivos combinar as vantaxes de ambos os efectos. E para compensar as carencias e conseguir unha integración complementaria de vantaxes, é un punto de investigación de investigación nos últimos anos. Ademais, a utilización da implantación de ións, a enxeñaría de bandas e a enxeñaría de defectos tamén é unha boa opción para resolver a dificultade de detectar niobato de litio. Non obstante, debido á alta dificultade de procesamento do niobato de litio, este campo aínda ten grandes retos como baixa integración, dispositivos e sistemas de imaxe de matriz e un rendemento insuficiente, que ten un gran valor de investigación e espazo.

A figura 1, empregando os estados de enerxía de defectos dentro do BandGap LN como centros de doantes de electróns, os transportistas de carga gratuítos son xerados na banda de condución baixo excitación de luz visible. En comparación con fotodetectores LN piroeléctricos anteriores, que normalmente se limitaban a unha velocidade de resposta de aproximadamente 100Hz, istoLn fotodetectorten unha velocidade de resposta máis rápida de ata 10kHz. Mentres tanto, neste traballo, demostrouse que LN dopado de ións de magnesio pode conseguir unha modulación de luz externa cunha resposta de ata 10kHz. Este traballo promove a investigación sobre alto rendemento eFotodetectores LN de alta velocidadeNa construción de chips fotónicos LN integrados por un chip de chip totalmente funcional.
En resumo, o campo de investigación deFotodetectores de niobato de litio de película finaten importancia científica importante e enorme potencial de aplicación práctica. No futuro, co desenvolvemento da tecnoloxía e o afondamento da investigación, os fotodetectores de niobate de litio de película fina (LN) desenvolveranse cara a unha maior integración. Combinando diferentes métodos de integración para lograr fotodetectores de niobato de litio de película fina de película rápida e de banda ancha en todos os aspectos converterase nunha realidade, o que promoverá enormemente o desenvolvemento da integración no chip e os campos de detección intelixente e proporcionará máis posibilidades para o Nova xeración de aplicacións fotónicas.