Filme fino de lítio niobato (LN) Fotodetector

Filme fino de lítio niobato (LN) Fotodetector

O niobato de lítio (LN) possui uma estrutura cristalina única e efeitos físicos ricos, como efeitos não lineares, efeitos eletro-ópticos, efeitos piroelétricos e efeitos piezoelétricos. Ao mesmo tempo, tem as vantagens da janela de transparência óptica de banda larga e da estabilidade a longo prazo. Essas características tornam o LN uma plataforma importante para a nova geração de fotônicas integradas. Em dispositivos ópticos e sistemas optoeletrônicos, as características do LN podem fornecer funções e desempenho ricos, promovendo o desenvolvimento de campos de comunicação óptica, computação óptica e detecção óptica. No entanto, devido às fracas propriedades de absorção e isolamento do niobato de lítio, a aplicação integrada de niobato de lítio ainda enfrenta o problema de difícil detecção. Nos últimos anos, os relatórios deste campo incluem principalmente fotodetectores integrados para guia de ondas e fotodetectores de heterojunção.
O fotodetector integrado do guia de ondas baseado no niobato de lítio é geralmente focado na banda C de comunicação óptica (1525-1565nm). Em termos de função, o LN desempenha principalmente o papel das ondas guiadas, enquanto a função de detecção optoeletrônica depende principalmente de semicondutores como o silício, o grupo III-V semicondutores de banda estreita e os materiais bidimensionais. Em tal arquitetura, a luz é transmitida através de guias de ondas ópticos de niobato de lítio com baixa perda e depois absorvidos por outros materiais semicondutores com base em efeitos fotoelétricos (como fotocondutividade ou efeitos fotovoltaicos) para aumentar a concentração de portador e convertê -la em sinais elétricos para a produção. As vantagens são alta largura de banda de operação (~ ghz), baixa tensão de operação, tamanho pequeno e compatibilidade com integração de chips fotônicos. No entanto, devido à separação espacial dos materiais de niobato de lítio e semicondutores, embora cada um desempenhe suas próprias funções, o LN apenas desempenha um papel na orientação de ondas e outras excelentes propriedades estrangeiras não foram bem utilizadas. Os materiais semicondutores desempenham apenas um papel na conversão fotoelétrica e carecem de acoplamento complementar entre si, resultando em uma banda operacional relativamente limitada. Em termos de implementação específica, o acoplamento da luz da fonte de luz ao guia de onda óptico de lítio niobato resulta em perdas significativas e requisitos rígidos de processo. Além disso, a potência óptica real da luz irradiada no canal do dispositivo semicondutor na região de acoplamento é difícil de calibrar, o que limita seu desempenho de detecção.
O tradicionalfotodetectoresUsados ​​para aplicações de imagem geralmente são baseados em materiais semicondutores. Portanto, para o niobato de lítio, sua baixa taxa de absorção de luz e propriedades isolantes tornam sem dúvida que não é favorecido pelos pesquisadores de fotodetector e até um ponto difícil no campo. No entanto, o desenvolvimento da tecnologia de heterojunção nos últimos anos trouxe esperança à pesquisa de fotodetectores à base de niobato de lítio. Outros materiais com forte absorção de luz ou excelente condutividade podem ser heterogeneamente integrados ao niobato de lítio para compensar suas deficiências. Ao mesmo tempo, a polarização espontânea induziu as características piroelétricas do niobato de lítio devido à sua anisotropia estrutural pode ser controlada pela conversão em calor sob irradiação da luz, alterando assim as características piroelétricas para detecção optoeletrônica. Esse efeito térmico tem as vantagens da banda larga e da auto -condução e pode ser bem complementada e fundida com outros materiais. A utilização síncrona de efeitos térmicos e fotoelétricos abriu uma nova era para fotodetectores à base de niobato de lítio, permitindo que os dispositivos combinem as vantagens de ambos os efeitos. E para compensar as deficiências e alcançar a integração complementar de vantagens, é um ponto de pesquisa de pesquisa nos últimos anos. Além disso, a utilização da implantação de íons, engenharia de bandas e engenharia de defeitos também é uma boa opção para resolver a dificuldade de detectar niobato de lítio. No entanto, devido à alta dificuldade de processamento do niobato de lítio, esse campo ainda enfrenta grandes desafios, como baixa integração, dispositivos e sistemas de imagem de matriz e desempenho insuficiente, que tem um grande valor e espaço de pesquisa.

Figura 1, usando os estados de energia de defeito dentro do LN BandGap como centros de doadores de elétrons, os portadores de carga gratuitos são gerados na banda de condução sob excitação visível da luz. Comparado aos fotodetectores LN piroelétricos anteriores, que normalmente eram limitados a uma velocidade de resposta de cerca de 100Hz, esteFotodetector lntem uma velocidade de resposta mais rápida de até 10kHz. Enquanto isso, neste trabalho, foi demonstrado que o LN dopado com íon magnésio pode atingir a modulação externa da luz com uma resposta de até 10kHz. Este trabalho promove a pesquisa sobre alto desempenho eFotodetectores LN de alta velocidadeNa construção de chips fotônicos LN integrados totalmente funcionais de chip único.
Em resumo, o campo de pesquisa defotodetectores de niobato de lítio de filme finotem importante significado científico e enorme potencial de aplicação prática. No futuro, com o desenvolvimento da tecnologia e o aprofundamento da pesquisa, os fotodetectores finos de niobato de lítio (LN) se desenvolverão para maior integração. A combinação de diferentes métodos de integração para obter fotodetectores de niobato de lítio de alto desempenho, resposta rápida e fino de banda larga em todos os aspectos se tornarão uma realidade, o que promoverá muito o desenvolvimento da integração no chip e dos campos de detecção inteligente e fornecerá mais possibilidades para o Nova geração de aplicações fotônicas.