Fotodetektor litium niobate (LN) film tipis

Fotodetektor litium niobate (LN) film tipis

Litium niobate (LN) nduwèni struktur kristal sing unik lan èfèk fisik sing sugih, kaya ta èfèk nonlinier, èfèk elektro-optik, èfèk piroelektrik, lan èfèk piezoelektrik. Ing wektu sing padha, nduwèni kaluwihan jendela transparansi optik pita amba lan stabilitas jangka panjang. Ciri-ciri iki ndadèkaké LN dadi platform penting kanggo generasi anyar fotonik terintegrasi. Ing piranti optik lan sistem optoelektronik, ciri-ciri LN bisa nyedhiyakaké fungsi lan kinerja sing sugih, ningkataké pangembangan komunikasi optik, komputasi optik, lan medan penginderaan optik. Nanging, amarga sipat panyerepan lan insulasi sing ringkih saka litium niobate, aplikasi terintegrasi litium niobate isih ngadhepi masalah deteksi sing angel. Ing taun-taun pungkasan, laporan ing babagan iki utamane kalebu fotodetektor terintegrasi pandhu gelombang lan fotodetektor heterojunction.
Fotodetektor terintegrasi waveguide adhedhasar lithium niobate biasane fokus ing C-band komunikasi optik (1525-1565nm). Saka segi fungsi, LN utamane nduweni peran minangka gelombang sing dipandu, dene fungsi deteksi optoelektronik utamane gumantung ing semikonduktor kayata silikon, semikonduktor celah pita sempit grup III-V, lan bahan rong dimensi. Ing arsitektur kaya ngono, cahya ditularake liwat waveguide optik lithium niobate kanthi kerugian sing sithik, banjur diserep dening bahan semikonduktor liyane adhedhasar efek fotoelektrik (kayata fotokonduktivitas utawa efek fotovoltaik) kanggo nambah konsentrasi pembawa lan ngowahi dadi sinyal listrik kanggo output. Kauntungane yaiku bandwidth operasi sing dhuwur (~GHz), voltase operasi sing sithik, ukuran cilik, lan kompatibilitas karo integrasi chip fotonik. Nanging, amarga pamisahan spasial bahan lithium niobate lan semikonduktor, sanajan saben-saben nindakake fungsi dhewe-dhewe, LN mung nduweni peran ing pandhuan gelombang lan sifat asing liyane sing apik durung digunakake kanthi apik. Bahan semikonduktor mung nduweni peran ing konversi fotoelektrik lan ora duwe gandhengan komplementer siji lan sijine, sing nyebabake pita operasi sing relatif winates. Ing babagan implementasi tartamtu, gandhengan cahya saka sumber cahya menyang pandu gelombang optik lithium niobate nyebabake kerugian sing signifikan lan syarat proses sing ketat. Kajaba iku, daya optik nyata saka cahya sing disinari menyang saluran piranti semikonduktor ing wilayah gandhengan angel dikalibrasi, sing mbatesi kinerja deteksi.
Tradisionalfotodetektordigunakake kanggo aplikasi pencitraan biasane adhedhasar bahan semikonduktor. Mulane, kanggo lithium niobate, tingkat penyerapan cahya sing kurang lan sifat insulasi ndadekake ora disenengi dening para peneliti fotodetektor, lan malah dadi titik sing angel ing lapangan. Nanging, pangembangan teknologi heterojunction ing taun-taun pungkasan wis nggawa pangarep-arep kanggo riset fotodetektor adhedhasar lithium niobate. Bahan liyane kanthi penyerapan cahya sing kuwat utawa konduktivitas sing apik banget bisa diintegrasikan kanthi heterogen karo lithium niobate kanggo ngimbangi kekurangane. Ing wektu sing padha, karakteristik piroelektrik sing disebabake polarisasi spontan saka lithium niobate amarga anisotropi struktural bisa dikontrol kanthi ngowahi dadi panas ing sangisore iradiasi cahya, saengga ngganti karakteristik piroelektrik kanggo deteksi optoelektronik. Efek termal iki nduweni kaluwihan pita amba lan nyopir dhewe, lan bisa dilengkapi lan digabungake kanthi apik karo bahan liyane. Pemanfaatan sinkron efek termal lan fotoelektrik wis mbukak era anyar kanggo fotodetektor adhedhasar lithium niobate, sing ngidini piranti nggabungake kaluwihan saka loro efek kasebut. Lan kanggo nggawe kekurangan lan entuk integrasi kaluwihan sing komplementer, Iki minangka hotspot riset ing taun-taun pungkasan. Kajaba iku, panggunaan implantasi ion, rekayasa pita, lan rekayasa cacat uga minangka pilihan sing apik kanggo ngatasi kesulitan ndeteksi lithium niobate. Nanging, amarga kesulitan pangolahan lithium niobate sing dhuwur, bidang iki isih ngadhepi tantangan gedhe kayata integrasi sing kurang, piranti lan sistem pencitraan array, lan kinerja sing ora cukup, sing nduweni nilai riset lan papan sing gedhe.

Gambar 1, nggunakake kahanan energi cacat ing celah pita LN minangka pusat donor elektron, pembawa muatan bebas diasilake ing pita konduksi ing sangisore eksitasi cahya sing katon. Dibandhingake karo fotodetektor LN piroelektrik sadurunge, sing biasane diwatesi kanthi kecepatan respon sekitar 100Hz, ikiFotodetektor LNnduweni kecepatan respon sing luwih cepet nganti 10kHz. Sauntara kuwi, ing karya iki, wis dituduhake yen LN sing didoping ion magnesium bisa entuk modulasi cahya eksternal kanthi respon nganti 10kHz. Karya iki ningkatake riset babagan kinerja dhuwur lanfotodetektor LN kecepatan tinggiing konstruksi chip fotonik LN terintegrasi chip tunggal sing berfungsi kanthi lengkap.
Ringkesane, bidang riset sakafotodetektor lithium niobate film tipisnduweni makna ilmiah sing penting lan potensi aplikasi praktis sing gedhe banget. Ing mangsa ngarep, kanthi perkembangan teknologi lan pendalaman riset, fotodetektor lithium niobate (LN) film tipis bakal berkembang menyang integrasi sing luwih dhuwur. Nggabungake macem-macem metode integrasi kanggo entuk kinerja dhuwur, respon cepet, lan fotodetektor lithium niobate film tipis pita lebar ing kabeh aspek bakal dadi kasunyatan, sing bakal ningkatake pangembangan integrasi on-chip lan lapangan penginderaan cerdas, lan nyedhiyakake luwih akeh kemungkinan kanggo generasi anyar aplikasi fotonik.