FotoDetector al litio niobate (LN)

FotoDetector al litio niobate (LN)

Il litio niobate (LN) ha una struttura cristallina unica ed effetti fisici ricchi, come effetti non lineari, effetti elettro-ottici, effetti piroelettrici ed effetti piezoelettrici. Allo stesso tempo, ha i vantaggi della finestra di trasparenza ottica a banda larga e della stabilità a lungo termine. Queste caratteristiche rendono LN una piattaforma importante per la nuova generazione di fotonica integrata. Nei dispositivi ottici e nei sistemi optoelettronici, le caratteristiche di LN possono fornire funzioni e prestazioni ricche, promuovendo lo sviluppo di comunicazioni ottiche, calcolo ottico e campi di rilevamento ottico. Tuttavia, a causa delle deboli proprietà di assorbimento e isolamento del niobata di litio, l'applicazione integrata del nioba di litio deve ancora affrontare il problema di un rilevamento difficile. Negli ultimi anni, i rapporti in questo campo includono principalmente fotodettori integrati alla guida d'onda e fotodettori eterojunction.
Il fotoDetector integrato alla guida d'onda basato sul niobate di litio è generalmente focalizzato sulla banda C di comunicazione ottica (1525-1565NM). In termini di funzione, LN svolge principalmente il ruolo delle onde guidate, mentre la funzione di rilevamento optoelettronico si basa principalmente su semiconduttori come il silicio, i semiconduttori di gap a banda stretto di gruppo III-V e i materiali bidimensionali. In tale architettura, la luce viene trasmessa attraverso guide d'onda ottiche niobate di litio con bassa perdita, e quindi assorbita da altri materiali semiconduttori basati su effetti fotoelettrici (come la fotoconduttività o gli effetti fotovoltaici) per aumentare la concentrazione del vettore e convertirlo in segnali elettrici per l'uscita. I vantaggi sono ad alta larghezza di banda operativa (~ GHz), bassa tensione operativa, dimensioni ridotte e compatibilità con l'integrazione fotonica del chip. Tuttavia, a causa della separazione spaziale dei materiali niobati e semiconduttori di litio, sebbene ognuno svolga le proprie funzioni, LN svolge solo un ruolo nel guidare le onde e altre eccellenti proprietà straniere non sono state ben utilizzate. I materiali a semiconduttore svolgono solo un ruolo nella conversione fotoelettrica e mancano di accoppiamento complementare tra loro, con conseguente banda operativa relativamente limitata. In termini di implementazione specifica, l'accoppiamento della luce dalla sorgente luminosa alla guida d'onda ottica di nioba al litio provoca perdite significative e requisiti di processo rigorosi. Inoltre, è difficile calibrare l'attuale potenza ottica della luce irradiata sul canale del dispositivo a semiconduttore nella regione di accoppiamento, il che limita le prestazioni di rilevamento.
Il tradizionalePhotoDetectorUtilizzato per le applicazioni di imaging si basano generalmente su materiali a semiconduttore. Pertanto, per il niobate di litio, il suo tasso di assorbimento di scarsa luce e le proprietà isolanti lo rendono senza dubbio favorito dai ricercatori del fotodittore e persino un punto difficile nel campo. Tuttavia, lo sviluppo della tecnologia eterojunzione negli ultimi anni ha portato speranza alla ricerca di fotodettori a base di niobate al litio. Altri materiali con forte assorbimento della luce o eccellente conducibilità possono essere integrati eterogenei con niobate di litio per compensare le sue carenze. Allo stesso tempo, la polarizzazione spontanea ha indotto le caratteristiche piroelettriche del niobate di litio a causa della sua anisotropia strutturale può essere controllata convertendo in calore sotto irradiazione della luce, cambiando così le caratteristiche piroelettriche per il rilevamento optoelettronico. Questo effetto termico presenta i vantaggi della banda larga e della guida autonoma e può essere ben integrato e fuso con altri materiali. L'utilizzo sincrono di effetti termici e fotoelettrici ha aperto una nuova era per i fotodettori a base di niobate al litio, consentendo ai dispositivi di combinare i vantaggi di entrambi gli effetti. E per compensare le carenze e raggiungere l'integrazione complementare dei vantaggi, è un hotspot di ricerca negli ultimi anni. Inoltre, l'utilizzo dell'impianto di ioni, dell'ingegneria a banda e dell'ingegneria dei difetti è anche una buona scelta per risolvere la difficoltà di rilevare il niobata di litio. Tuttavia, a causa dell'elevata difficoltà di elaborazione del niobate di litio, questo campo deve ancora affrontare grandi sfide come bassa integrazione, dispositivi e sistemi di imaging array e prestazioni insufficienti, che ha un grande valore di ricerca e spazio.

Figura 1, utilizzando gli stati di energia dei difetti all'interno del gap di banda LN come centri di donatori di elettroni, i portatori di carica gratuiti vengono generati nella banda di conduzione sotto l'eccitazione della luce visibile. Rispetto ai precedenti fotodettori LN piroelettrici, che erano in genere limitati a una velocità di risposta di circa 100Hz, questoLN PhotoDetectorHa una velocità di risposta più rapida fino a 10kHz. Nel frattempo, in questo lavoro, è stato dimostrato che LN drogato con ioni di magnesio può ottenere una modulazione della luce esterna con una risposta fino a 10kHz. Questo lavoro promuove la ricerca sulle alte prestazioni ePhotoDetector LN ad alta velocitàNella costruzione di chip fotonici LN integrati a chip singolo completamente funzionali.
In sintesi, il campo di ricerca difotodettori di nioba al litio a film sottileha un importante significato scientifico e un enorme potenziale pratico di applicazione. In futuro, con lo sviluppo della tecnologia e l'approfondimento della ricerca, i fotodettori di niobate al litio (LN) del film sottile si svilupperanno verso una maggiore integrazione. La combinazione di diversi metodi di integrazione per ottenere fotodettori niobati di nioba al litio di litio di litio a fascia sottile ad alta prestazione di tutti gli aspetti diventerà una realtà, che promuoverà notevolmente lo sviluppo dell'integrazione on-chip e dei campi di rilevamento intelligenti e fornirà più possibilità per i possesso Nuova generazione di applicazioni fotoniche.