თხელი ფილმი Lithium Niobate (LN) Photodetector
ლითიუმის ნიობატს (LN) აქვს უნიკალური ბროლის სტრუქტურა და მდიდარი ფიზიკური ეფექტები, როგორიცაა არაწრფივი ეფექტები, ელექტრო-ოპტიკური ეფექტები, პიროელექტრული ეფექტები და პიეზოელექტრული ეფექტები. ამავე დროს, მას აქვს ფართოზოლოვანი ოპტიკური გამჭვირვალობის ფანჯრის უპირატესობა და გრძელვადიანი სტაბილურობა. ეს მახასიათებლები LN მნიშვნელოვან პლატფორმას აქცევს ინტეგრირებული ფოტონიკის ახალი თაობისთვის. ოპტიკურ მოწყობილობებსა და ოპტოელექტრონიკულ სისტემებში, LN- ის მახასიათებლებს შეუძლიათ უზრუნველყონ მდიდარი ფუნქციები და შესრულება, ხელი შეუწყონ ოპტიკური კომუნიკაციის განვითარებას, ოპტიკური გამოთვლისა და ოპტიკური სენსორული ველების განვითარებას. ამასთან, ლითიუმის ნიობატის სუსტი შთანთქმის და საიზოლაციო თვისებების გამო, ლითიუმის ნიობატის ინტეგრირებული გამოყენება ჯერ კიდევ რთულ გამოვლენის პრობლემას განიცდის. ბოლო წლების განმავლობაში, ამ სფეროში მოხსენებები ძირითადად მოიცავს ტალღის ინტეგრირებულ ფოტოდეტექტორებს და ჰეტეროჟანგის ფოტოდეტექტორებს.
ლითიუმის ნიობატის საფუძველზე დაფუძნებული ტალღის ინტეგრირებული ფოტოდეტექტორი, როგორც წესი, ფოკუსირებულია ოპტიკური კომუნიკაციის C-band (1525-1565nm). ფუნქციის თვალსაზრისით, LN ძირითადად ასრულებს სახელმძღვანელო ტალღების როლს, ხოლო ოპტოელექტრონული გამოვლენის ფუნქცია ძირითადად ეყრდნობა ნახევარგამტარებს, როგორიცაა სილიკონი, III-V ჯგუფი ვიწრო bandgap ნახევარგამტარები და ორგანზომილებიანი მასალები. ასეთ არქიტექტურაში, სინათლე გადადის ლითიუმის ნიობატის ოპტიკური ტალღების მეშვეობით, დაბალი დანაკარგით, შემდეგ კი სხვა ნახევარგამტარული მასალებით შეიწოვება ფოტოელექტრული ეფექტების საფუძველზე (მაგალითად, ფოტოკონდუქტიურობა ან ფოტომოლტარული ეფექტები), რათა გაზარდოს გადამზიდავი კონცენტრაცია და გადააქციოს იგი ელექტრო სიგნალებად გამომავალი. უპირატესობები არის მაღალი საოპერაციო გამტარობა (~ GHz), დაბალი ოპერაციული ძაბვა, მცირე ზომა და ფოტონური ჩიპების ინტეგრაციით თავსებადობა. ამასთან, ლითიუმის ნიობატის და ნახევარგამტარული მასალების სივრცითი განცალკევების გამო, თუმცა ისინი თითოეული ასრულებენ საკუთარ ფუნქციებს, LN მხოლოდ როლს ასრულებს ტალღების ხელმძღვანელობაში და სხვა შესანიშნავი უცხოური თვისებები კარგად არ არის გამოყენებული. ნახევარგამტარული მასალები მხოლოდ როლს ასრულებენ ფოტოელექტრიკულ კონვერტაციაში და არ აქვთ ერთმანეთთან დამატებითი დაწყვილება, რის შედეგადაც ხდება შედარებით შეზღუდული ოპერაციული ჯგუფი. სპეციფიკური განხორციელების თვალსაზრისით, სინათლის დაწყვილება სინათლის წყაროდან ლითიუმის ნიობატის ოპტიკური ტალღისებრით იწვევს მნიშვნელოვან დანაკარგებს და მკაცრი პროცესის მოთხოვნებს. გარდა ამისა, მსუბუქი დასხივების ფაქტობრივი ოპტიკური ძალა დაწყვილების რეგიონში ნახევარგამტარული მოწყობილობის არხზე რთულია დაკალიბრება, რაც ზღუდავს მის გამოვლენის შესრულებას.
ტრადიციულიფოტოდეექტორებიგამოსახულების გამოყენებისთვის, ჩვეულებრივ, ემყარება ნახევარგამტარული მასალებს. ამრიგად, ლითიუმის ნიობატისთვის, მისი დაბალი შუქის შთანთქმის სიჩქარე და საიზოლაციო თვისებები მას უდავოდ არ ემხრობა ფოტოდეტექტორის მკვლევარებს და ამ სფეროში რთულ წერტილსაც კი. ამასთან, ბოლო წლებში ჰეტეროჯუნქციური ტექნოლოგიის განვითარებამ იმედი გამოიღო ლითიუმის ნიობატის დაფუძნებული ფოტოდეტექტორების კვლევაში. სხვა მასალები, რომლებსაც აქვთ ძლიერი შუქის შეწოვა ან შესანიშნავი გამტარობა, შეიძლება ჰეტეროგენულად ინტეგრირებული იყოს ლითიუმის ნიობატთან, მისი ნაკლოვანებების კომპენსაციისთვის. ამავდროულად, ლითიუმის ნიობატის სპონტანური პოლარიზაციის გამოწვეული ლითიუმის ნიობატის გამოწვეული პიროელექტრული მახასიათებლების გამო, მისი სტრუქტურული ანისოტროპიის გამო, შეიძლება კონტროლდება სითბოს მსუბუქი დასხივების ქვეშ მოქცევით, რითაც იცვლება პიროელექტრული მახასიათებლები ოპტოელექტრონული გამოვლენისთვის. ამ თერმულ ეფექტს აქვს ფართოზოლოვანი და თვითმმართველობის მართვის უპირატესობა და შეიძლება კარგად იყოს ავსებული და შერწყმული სხვა მასალებით. თერმული და ფოტოელექტრული ეფექტების სინქრონულმა გამოყენებამ გახსნა ახალი ERA ლითიუმის ნიობატის დაფუძნებული ფოტოდეტექტორებისთვის, რაც საშუალებას აძლევს მოწყობილობებს დააკავშირონ ორივე ეფექტის უპირატესობები. და შეადგინოს ხარვეზები და მიაღწიოს უპირატესობათა დამატებით ინტეგრაციას, ეს არის ბოლო წლების განმავლობაში კვლევის ცხელ წერტილში. გარდა ამისა, იონური იმპლანტაციის, ჯგუფის ინჟინერიისა და დეფექტების ინჟინერიის გამოყენება ასევე კარგი არჩევანია ლითიუმის ნიობატის გამოვლენის სირთულის გადასაჭრელად. ამასთან, ლითიუმის ნიობატის მაღალი დამუშავების სირთულის გამო, ამ ველს კვლავ დიდი გამოწვევები აქვს, როგორიცაა დაბალი ინტეგრაცია, მასივის ვიზუალიზაციის მოწყობილობები და სისტემები და არასაკმარისი შესრულება, რომელსაც აქვს დიდი კვლევის მნიშვნელობა და სივრცე.
სურათი 1, Defect ენერგიის სახელმწიფოების გამოყენებით LN bandgap- ში, როგორც ელექტრონული დონორის ცენტრები, უფასო დატენვის გადამზიდავები წარმოიქმნება გამტარობის ჯგუფში, თვალსაჩინო მსუბუქი აგზნების ქვეშ. წინა პიროელექტრული LN ფოტოდეტექტორებთან შედარებით, რომლებიც, როგორც წესი, შემოიფარგლებოდა საპასუხო სიჩქარით დაახლოებით 100Hz, ესLn photodetectorაქვს უფრო სწრაფი რეაგირების სიჩქარე 10 კჰც -მდე. იმავდროულად, ამ ნაშრომში ცხადყოფს, რომ მაგნიუმის იონის დოპედ LN- ს შეუძლია მიაღწიოს გარე შუქის მოდულაციას 10 კგჰცჰცტ -მდე პასუხით. ეს ნამუშევარი ხელს უწყობს კვლევას მაღალი ხარისხის შესახებ დამაღალსიჩქარიანი LN ფოტოდექტორებისრულად ფუნქციონალური ერთჯერადი ჩიპის ინტეგრირებული LN ფოტონური ჩიპების მშენებლობაში.
მოკლედ, კვლევის სფეროთხელი ფილმი ლითიუმის ნიობატის ფოტომეტექტორებიაქვს მნიშვნელოვანი სამეცნიერო მნიშვნელობა და უზარმაზარი პრაქტიკული გამოყენების პოტენციალი. მომავალში, ტექნოლოგიის განვითარებით და კვლევის გაღრმავებით, თხელი ფილმი ლითიუმ ნიობატის (LN) ფოტოდეტექტორები განვითარდება უფრო მაღალი ინტეგრაციისკენ. ინტეგრაციის სხვადასხვა მეთოდების შერწყმა მაღალი ხარისხის, სწრაფი რეაგირების და ფართოზოლოვანი თხელი ფილმის ლითიუმის ნიობატის ფოტოდეტექტორების ყველა ასპექტში, რეალობად იქცევა, რაც მნიშვნელოვნად შეუწყობს ხელს ჩიპების ინტეგრაციისა და ინტელექტუალური სენსორული სფეროების განვითარებას და უფრო მეტ შესაძლებლობებს უზრუნველყოფს უფრო მეტი შესაძლებლობები Photonics პროგრამების ახალი თაობა.
პოსტის დრო: თებერვალი -17-2025