Нечкә пленкалы литий ниобаты (LN) фотодетекторы
Литий ниобаты (LN) уникаль кристалл структурасына һәм бай физик эффектларга, мәсәлән, сызыклы булмаган эффектларга, электро-оптик эффектларга, пироэлектрик эффектларга һәм пьезоэлектрик эффектларга ия. Шул ук вакытта, аның киң полосалы оптик үтә күренмәлелек тәрәзәсе һәм озак вакытлы тотрыклылык өстенлекләре бар. Бу үзенчәлекләр LNны яңа буын интеграль фотоника өчен мөһим платформа итә. Оптик җайланмаларда һәм оптоэлектрон системаларда LN үзенчәлекләре бай функцияләр һәм эшчәнлек бирә ала, оптик элемтә, оптик исәпләү һәм оптик сизү кырлары үсешенә ярдәм итә. Ләкин, литий ниобатының зәгыйфь сеңдерү һәм изоляция үзлекләре аркасында, литий ниобатын интеграль куллану әле дә авыр детекторлау проблемасы белән очраша. Соңгы елларда бу өлкәдәге докладларда, нигездә, дулкынүткәргеч интеграль фотодетекторлар һәм гетероүзәк фотодетекторлар бар.
Литий ниобаты нигезендәге дулкын үткәргеч белән интеграцияләнгән фотодетектор гадәттә оптик элемтә C-диапазонына (1525-1565нм) юнәлтелгән. Функция ягыннан, LN, нигездә, юнәлтелгән дулкыннар ролен уйный, ә оптоэлектрон детекторлау функциясе, нигездә, кремний кебек ярымүткәргечләргә, III-V төркемле тар полосалы ярымүткәргечләргә һәм ике үлчәмле материалларга таяна. Мондый архитектурада яктылык литий ниобаты оптик дулкын үткәргечләре аша аз югалту белән тапшырыла, аннары фотоэлектрик эффектларга нигезләнгән башка ярымүткәргеч материаллар (мәсәлән, фотоүткәргечлек яки фотоэлектрик эффектлар) тарафыннан йотылып, ташучылар концентрациясен арттыра һәм аны чыгару өчен электр сигналларына әйләндерә. Өстенлекләре - югары эш полосасы киңлеге (~GHz), түбән эш көчәнеше, кечкенә үлчәм һәм фотоник чип интеграциясе белән туры килүчәнлек. Ләкин, литий ниобаты һәм ярымүткәргеч материалларның киңлектә аерылуы аркасында, алар һәрберсе үз функцияләрен башкарса да, LN бары тик юнәлтүче дулкыннарда гына роль уйный, һәм башка бик яхшы чит үзлекләр яхшы кулланылмаган. Ярымүткәргеч материаллар фотоэлектрик конверсиядә генә роль уйный һәм бер-берсе белән комплементар бәйләнешкә ия түгел, нәтиҗәдә эш полосасы чагыштырмача чикләнгән. Конкрет гамәлгә ашыру ягыннан, яктылык чыганагыннан литий ниобаты оптик дулкын үткәргеченә яктылыкны тоташтыру зур югалтуларга һәм катгый процесс таләпләренә китерә. Моннан тыш, тоташтыру өлкәсендәге ярымүткәргеч җайланма каналына нурландырылган яктылыкның чын оптик көчен калибрлау авыр, бу аның детекторлау эшчәнлеген чикли.
ТрадиционфотодетекторларКүренеш кушымталары өчен кулланыла торган материаллар гадәттә ярымүткәргеч материалларга нигезләнгән. Шуңа күрә, литий ниобаты өчен аның түбән яктылык сеңдерү тизлеге һәм изоляция үзенчәлекләре аны, һичшиксез, фотодетектор тикшеренүчеләре тарафыннан хупланмый, хәтта бу өлкәдә авыр нокта итә. Ләкин, соңгы елларда гетероузенция технологиясенең үсеше литий ниобаты нигезендәге фотодетекторларны тикшерүгә өмет бирде. Көчле яктылык сеңдерү яки югары үткәрүчәнлеккә ия булган башка материалларны аның кимчелекләрен компенсацияләү өчен литий ниобаты белән гетероген рәвештә интеграцияләргә мөмкин. Шул ук вакытта, литий ниобатының структураль анизотропиясе аркасында үзеннән-үзе поляризация тудырган пироэлектрик үзенчәлекләрен яктылык нурланышы астында җылылыкка әйләндерү юлы белән контрольдә тотарга мөмкин, шуның белән оптоэлектрон детекторлау өчен пироэлектрик үзенчәлекләрен үзгәртергә мөмкин. Бу җылылык эффекты киң полосалы һәм үз-үзен йөртү өстенлекләренә ия, һәм башка материаллар белән яхшы тулыландырылырга һәм кушылырга мөмкин. Җылылык һәм фотоэлектрик эффектларны синхрон куллану литий ниобаты нигезендәге фотодетекторлар өчен яңа чор ачты, җайланмаларга ике эффектның да өстенлекләрен берләштерергә мөмкинлек бирде. Һәм җитешсезлекләрне каплау һәм өстенлекләрнең тулы интеграциясенә ирешү өчен, ул соңгы елларда тикшеренүләрнең иң популяр ноктасы булып тора. Моннан тыш, ион имплантациясен, тасма инженериясен һәм дефект инженериясен куллану да литий ниобатын ачыклау кыенлыкларын чишү өчен яхшы сайлау булып тора. Ләкин, литий ниобатын эшкәртүнең югары катлаулылыгы аркасында, бу өлкә әле дә түбән интеграция, массив сурәтләү җайланмалары һәм системалары, һәм җитәрлек эшләмәү кебек зур кыенлыклар белән очраша, бу зур тикшеренү кыйммәтенә һәм мәйданга ия.
1 нче рәсемдә, электрон донор үзәкләре буларак LN зонасындагы кимчелек энергия халәтләрен кулланып, күренмәле яктылык кузгату астында үткәрүчәнлек зонасында ирекле заряд йөртүчеләр барлыкка килә. Гадәттә 100 Гц тирәсе җавап тизлеге белән чикләнгән элеккеге пироэлектрик LN фотодетекторлары белән чагыштырганда, буLN фотодетекторы10 кГц кадәр тизрәк җавап бирү тизлегенә ия. Шул ук вакытта, бу эштә магний ионы белән легирланган LN 10 кГц кадәр җавап белән тышкы яктылык модуляциясенә ирешә алуы күрсәтелде. Бу эш югары җитештерүчәнлекле һәмюгары тизлекле LN фотодетекторларытулысынча функциональ бер чиплы интеграцияләнгән LN фотоник чипларын төзүдә.
Кыскасы, тикшеренү өлкәсеюка пленкалы литий ниобаты фотодетекторларымөһим фәнни әһәмияткә һәм гаять зур гамәли куллану потенциалына ия. Киләчәктә, технологияләр үсеше һәм тикшеренүләрнең тирәнәюе белән, юка пленкалы литий ниобаты (LN) фотодетекторлары югарырак интеграциягә таба үсәчәк. Югары җитештерүчәнлеккә, тиз җавап бирүгә һәм киң полосалы юка пленкалы литий ниобаты фотодетекторларына һәрьяклап ирешү өчен төрле интеграция ысулларын берләштерү чынбарлыкка әйләнәчәк, бу чиптагы интеграция һәм акыллы сизү өлкәләрен үстерүгә зур этәргеч бирәчәк һәм яңа буын фотоника кушымталары өчен күбрәк мөмкинлекләр бирәчәк.
Бастырып чыгару вакыты: 2025 елның 17 феврале