Lapisan tipis lithium niobate (LN) photodetector
Lithium niobate (LN) nduweni struktur kristal unik lan efek fisik sing sugih, kayata efek nonlinier, efek elektro-optik, efek pyroelectric, lan efek piezoelektrik. Ing wektu sing padha, nduweni kaluwihan saka jendela transparansi optik wideband lan stabilitas jangka panjang. Karakteristik kasebut ndadekake LN dadi platform penting kanggo fotonik terpadu generasi anyar. Ing piranti optik lan sistem optoelektronik, karakteristik LN bisa nyedhiyakake fungsi lan kinerja sing sugih, ningkatake pangembangan komunikasi optik, komputasi optik, lan bidang sensing optik. Nanging, amarga panyerepan lan insulasi lemah saka lithium niobate, aplikasi terpadu saka lithium niobate isih ngadhepi masalah deteksi angel. Ing taun-taun pungkasan, laporan ing lapangan iki utamane kalebu photodetector terintegrasi waveguide lan photodetector heterojunction.
Photodetector terpadu waveguide adhedhasar lithium niobate biasane fokus ing komunikasi optik C-band (1525-1565nm). Ing babagan fungsi, LN utamane nduweni peran gelombang sing dipandu, dene fungsi deteksi optoelektronik utamane gumantung marang semikonduktor kayata silikon, semikonduktor celah pita sempit klompok III-V, lan bahan rong dimensi. Ing arsitèktur kaya mengkono, cahya ditularaké liwat pandu gelombang optik lithium niobate kanthi mundhut sithik, lan banjur diserap dening bahan semikonduktor liyane adhedhasar efek fotolistrik (kayata fotokonduktivitas utawa efek fotovoltaik) kanggo nambah konsentrasi operator lan ngowahi dadi sinyal listrik kanggo output. Kaluwihan yaiku bandwidth operasi dhuwur (~GHz), tegangan operasi kurang, ukuran cilik, lan kompatibilitas karo integrasi chip fotonik. Nanging, amarga pemisahan spasial saka lithium niobate lan bahan semikonduktor, sanajan saben-saben nindakake fungsi dhewe-dhewe, LN mung nduweni peran kanggo nuntun gelombang lan sifat asing liyane sing apik banget durung dimanfaatake kanthi apik. Bahan semikonduktor mung nduweni peran ing konversi fotoelektrik lan ora nduweni kopling pelengkap, nyebabake pita operasi sing relatif winates. Ing babagan implementasine tartamtu, kopling cahya saka sumber cahya menyang pandu gelombang optik lithium niobate nyebabake kerugian sing signifikan lan syarat proses sing ketat. Kajaba iku, daya optik nyata cahya sing disinari menyang saluran piranti semikonduktor ing wilayah kopling angel dikalibrasi, sing mbatesi kinerja deteksi.
Tradhisionalfotodetektordigunakake kanggo aplikasi imaging biasane adhedhasar bahan semikonduktor. Mulane, kanggo lithium niobate, tingkat panyerepan cahya kurang lan sifat insulating ndadekake iku temtunipun ora disenengi dening peneliti photodetector, lan malah titik angel ing lapangan. Nanging, pangembangan teknologi heterojunction ing taun-taun pungkasan wis nggawa pangarep-arep kanggo riset photodetector adhedhasar lithium niobate. Bahan liyane kanthi panyerepan cahya sing kuwat utawa konduktivitas sing apik bisa digabungake kanthi heterogen karo lithium niobate kanggo ngimbangi kekurangane. Ing wektu sing padha, karakteristik pyroelectric sing disebabake dening polarisasi spontan saka lithium niobate amarga anisotropi struktural bisa dikontrol kanthi ngowahi dadi panas ing iradiasi cahya, saéngga ngganti karakteristik pyroelectric kanggo deteksi optoelektronik. Efek termal iki nduweni kaluwihan saka wideband lan nyopir dhewe, lan bisa uga dilengkapi lan digabung karo bahan liyane. Panggunaan sinkron saka efek termal lan fotoelektrik wis mbukak jaman anyar kanggo photodetector adhedhasar lithium niobate, mbisakake piranti kanggo gabungke kaluwihan saka loro efek. Lan kanggo nggawe serep kanggo shortcomings lan entuk integrasi pelengkap saka kaluwihan, Iku hotspot riset ing taun anyar. Kajaba iku, panggunaan implantasi ion, teknik pita, lan teknik cacat uga minangka pilihan sing apik kanggo ngatasi kesulitan ndeteksi lithium niobate. Nanging, amarga kangelan pangolahan dhuwur saka lithium niobate, lapangan iki isih ngadhepi tantangan gedhe kayata integrasi kurang, piranti lan sistem imaging array, lan kinerja ora cukup, kang nduweni nilai riset gedhe lan papan.
Gambar 1, nggunakake negara energi cacat ing celah pita LN minangka pusat donor elektron, operator muatan gratis digawe ing pita konduksi ing eksitasi cahya sing katon. Dibandhingake karo photodetector LN pyroelectric sadurunge, sing biasane diwatesi kanthi kecepatan respon sekitar 100Hz, ikiLN photodetectornduweni kacepetan respon luwih cepet nganti 10kHz. Sauntara kuwi, ing karya iki, dituduhake manawa LN doped ion magnesium bisa entuk modulasi cahya eksternal kanthi respon nganti 10kHz. Karya iki ningkatake riset babagan kinerja dhuwur lankacepetan dhuwur LN photodetectorsing construction saka kebak fungsi single-chip terpadu LN photonic chip.
Ing ringkesan, lapangan riset sakafilm tipis lithium niobate photodetectornduweni makna ilmiah sing penting lan potensial aplikasi praktis sing gedhe banget. Ing mangsa ngarep, kanthi pangembangan teknologi lan pendalaman riset, fotodetektor film tipis lithium niobate (LN) bakal berkembang menyang integrasi sing luwih dhuwur. Nggabungke cara integrasi beda kanggo entuk kinerja dhuwur, respon cepet, lan wideband film tipis lithium niobate photodetectors ing kabeh aspèk bakal dadi kasunyatan, kang bakal nemen ningkataké pangembangan integrasi on-chip lan kothak sensing cerdas, lan nyedhiyani kemungkinan liyane kanggo generasi anyar aplikasi Photonics.
Wektu kirim: Feb-17-2025