Maldika filmlitioniobato (LN) fotodetektilo
Litia niobato (LN) havas unikan kristalstrukturon kaj riĉajn fizikajn efikojn, kiel ekzemple nelinearajn efikojn, elektro-optikajn efikojn, piroelektrajn efikojn kaj piezoelektrajn efikojn. Samtempe, ĝi havas la avantaĝojn de larĝbenda optika travidebleco kaj longdaŭra stabileco. Ĉi tiuj karakterizaĵoj faras LN grava platformo por la nova generacio de integra fotoniko. En optikaj aparatoj kaj optoelektronikaj sistemoj, la karakterizaĵoj de LN povas provizi riĉajn funkciojn kaj rendimenton, antaŭenigante la disvolviĝon de optika komunikado, optika komputado kaj optika sensado. Tamen, pro la malfortaj sorbaj kaj izolaj ecoj de litia niobato, la integra apliko de litia niobato ankoraŭ alfrontas la problemon de malfacila detekto. En la lastaj jaroj, raportoj en ĉi tiu kampo ĉefe inkluzivas ondgvidilajn integrajn fotodetektilojn kaj heterojunkciajn fotodetektilojn.
La ondgvidila integra fotodetektilo bazita sur litio niobato kutime fokusiĝas al la optika komunikada C-bendo (1525-1565nm). Rilate al funkcio, LN ĉefe ludas la rolon de gviditaj ondoj, dum la optoelektronika detekta funkcio ĉefe dependas de duonkonduktaĵoj kiel silicio, III-V-grupaj mallarĝaj bendbreĉaj duonkonduktaĵoj, kaj dudimensiaj materialoj. En tia arkitekturo, lumo estas transdonita tra litioniobitaj optikaj ondgvidiloj kun malalta perdo, kaj poste absorbita de aliaj duonkonduktaĵaj materialoj bazitaj sur fotoelektraj efikoj (kiel fotokonduktiveco aŭ fotovoltaecaj efikoj) por pliigi la koncentriĝon de portantoj kaj konverti ĝin en elektrajn signalojn por eligo. La avantaĝoj estas alta funkcia bendlarĝo (~GHz), malalta funkcia tensio, malgranda grandeco kaj kongruo kun integriĝo de fotonikaj ĉipoj. Tamen, pro la spaca apartigo de litioniobato kaj duonkonduktaĵaj materialoj, kvankam ili ĉiu plenumas siajn proprajn funkciojn, LN nur ludas rolon en gvidado de ondoj kaj aliaj bonegaj fremdaj ecoj ne estas bone utiligitaj. Duonkonduktaĵaj materialoj nur ludas rolon en fotoelektra konverto kaj mankas komplementa kuplado unu kun la alia, rezultante en relative limigita funkcia bendo. Rilate al specifa efektivigo, la kuplado de lumo de la lumfonto al la litia niobato optika ondgvidilo rezultigas signifajn perdojn kaj striktajn procezajn postulojn. Krome, la efektiva optika potenco de la lumo surradiita sur la duonkonduktaĵan aparatokanalon en la kuplada regiono estas malfacile kalibriga, kio limigas ĝian detektan efikecon.
La tradiciafotodetektilojuzataj por bildigaj aplikoj kutime baziĝas sur duonkonduktaĵaj materialoj. Tial, por litia niobato, ĝia malalta lum-absorba rapideco kaj izolaj ecoj faras ĝin sendube ne ŝatata de esploristoj pri fotodetektiloj, kaj eĉ malfacila punkto en la kampo. Tamen, la disvolviĝo de heterojunkcia teknologio en la lastaj jaroj alportis esperon al la esplorado pri litiaj niobat-bazitaj fotodetektiloj. Aliaj materialoj kun forta lum-absorbo aŭ bonega konduktiveco povas esti heterogene integritaj kun litia niobato por kompensi ĝiajn mankojn. Samtempe, la spontanee polarizitaj piroelektraj karakterizaĵoj de litia niobato pro ĝia struktura anizotropio povas esti kontrolitaj per konverto al varmo sub lum-surradiado, tiel ŝanĝante la piroelektrajn karakterizaĵojn por optoelektronika detekto. Ĉi tiu termika efiko havas la avantaĝojn de larĝbenda kaj mem-stirado, kaj povas esti bone kompletigita kaj kunfandita kun aliaj materialoj. La sinkrona utiligo de termikaj kaj fotoelektraj efikoj malfermis novan epokon por litiaj niobat-bazitaj fotodetektiloj, ebligante al aparatoj kombini la avantaĝojn de ambaŭ efikoj. Kaj por kompensi la mankojn kaj atingi komplementan integriĝon de avantaĝoj, ĝi estas esplora varmpunkto en la lastaj jaroj. Krome, la utiligo de jona implantado, bendinĝenierado kaj difektinĝenierado ankaŭ estas bona elekto por solvi la malfacilecon detekti litian niobato. Tamen, pro la alta malfacileco de prilaborado de litio niobato, ĉi tiu kampo ankoraŭ alfrontas grandajn defiojn kiel malalta integriĝo, aro-bildigaj aparatoj kaj sistemoj, kaj nesufiĉa rendimento, kio havas grandan esplorvaloron kaj spacon.
Figuro 1, uzante la difektajn energiajn statojn ene de la LN-bendbreĉo kiel elektronajn donaccentrojn, liberaj ŝargoportiloj estas generitaj en la kondukta bendo sub videbla lumekscito. Kompare kun antaŭaj piroelektraj LN-fotodetektiloj, kiuj estis tipe limigitaj al respondrapideco de ĉirkaŭ 100Hz, ĉi tiuLN-fotodetektilohavas pli rapidan respondrapidon ĝis 10kHz. Dume, en ĉi tiu laboro, oni montris, ke magneziojona dopita LN povas atingi eksteran lummoduladon kun respondo ĝis 10kHz. Ĉi tiu laboro antaŭenigas la esploradon pri alt-efikeco kajaltrapidaj LN-fotodetektilojen la konstruado de plene funkciaj unu-ĉipaj integraj LN-fotonikaj ĉipoj.
Resumante, la esplorkampo demaldikaj filmaj litiaj niobataj fotodetektilojhavas gravan sciencan signifon kaj grandegan praktikan aplikan potencialon. Estonte, kun la disvolviĝo de teknologio kaj la profundigo de esplorado, maldikaj filmaj litiaj niobataj (LN) fotodetektiloj evoluos al pli alta integriĝo. La kombinado de malsamaj integriĝmetodoj por atingi alt-efikecajn, rapidajn respondojn kaj larĝbendajn maldikajn filmajn litiajn niobatajn fotodetektilojn en ĉiuj aspektoj fariĝos realo, kio multe antaŭenigos la disvolviĝon de sur-ĉipa integriĝo kaj inteligentaj sensaj kampoj, kaj provizos pli da eblecoj por la nova generacio de fotonikaj aplikoj.
Afiŝtempo: 17-a de februaro 2025