İncə film litium niobat (LN) fotodetektoru
Litium niobat (LN) unikal kristal quruluşa və qeyri-xətti effektlər, elektro-optik effektlər, piroelektrik effektlər və piezoelektrik effektlər kimi zəngin fiziki təsirlərə malikdir. Eyni zamanda, genişzolaqlı optik şəffaflıq pəncərəsi və uzunmüddətli sabitlik üstünlüklərinə malikdir. Bu xüsusiyyətlər LN-ni yeni nəsil inteqrasiya olunmuş fotoniklər üçün mühüm platforma edir. Optik cihazlarda və optoelektronik sistemlərdə LN xüsusiyyətləri zəngin funksiyalar və performans təmin edə bilər, optik rabitənin, optik hesablamaların və optik algılama sahələrinin inkişafına kömək edir. Bununla belə, litium niobatın zəif udma və izolyasiya xüsusiyyətlərinə görə, litium niobatın inteqrasiya olunmuş tətbiqi hələ də çətin aşkarlanma problemi ilə üzləşir. Son illərdə bu sahədə hesabatlara əsasən dalğa ötürücülü inteqrasiya olunmuş fotodetektorlar və hetero-qovşaqlı fotodetektorlar daxildir.
Litium niobata əsaslanan dalğa ötürücülü inteqrasiya edilmiş fotodetektor adətən optik rabitə C-zolağına (1525-1565nm) yönəldilir. Funksiya baxımından LN əsasən idarə olunan dalğalar rolunu oynayır, optoelektron aşkarlama funksiyası isə əsasən silikon kimi yarımkeçiricilərə, III-V qrup dar bantlı yarımkeçiricilərə və iki ölçülü materiallara əsaslanır. Belə bir arxitekturada işıq litium niobat optik dalğa ötürücüləri vasitəsilə aşağı itki ilə ötürülür və sonra daşıyıcı konsentrasiyanı artırmaq və çıxış üçün elektrik siqnallarına çevirmək üçün fotoelektrik effektlərə (fotokeçiricilik və ya fotovoltaik effektlər kimi) əsaslanan digər yarımkeçirici materiallar tərəfindən udulur. Üstünlüklər yüksək əməliyyat bant genişliyi (~GHz), aşağı işləmə gərginliyi, kiçik ölçü və fotonik çip inteqrasiyası ilə uyğunluqdur. Bununla belə, litium niobat və yarımkeçirici materialların məkanda ayrılması səbəbindən, onların hər biri öz funksiyalarını yerinə yetirsə də, LN yalnız dalğaların istiqamətləndirilməsində rol oynayır və digər əla xarici xüsusiyyətlərdən yaxşı istifadə edilməmişdir. Yarımkeçirici materiallar yalnız fotoelektrik çevrilmədə rol oynayır və bir-biri ilə tamamlayıcı birləşmədən məhrumdur, nəticədə nisbətən məhdud əməliyyat bandı yaranır. Xüsusi icra baxımından, işığın işıq mənbəyindən litium niobat optik dalğa qurğusuna birləşməsi əhəmiyyətli itkilərə və ciddi proses tələblərinə səbəb olur. Bundan əlavə, birləşmə bölgəsində yarımkeçirici qurğunun kanalına şüalanan işığın faktiki optik gücünü kalibrləmək çətindir, bu da onun aşkarlama qabiliyyətini məhdudlaşdırır.
Ənənəvifotodetektorlartəsvir tətbiqləri üçün istifadə edilənlər adətən yarımkeçirici materiallara əsaslanır. Buna görə də, litium niobat üçün, onun aşağı işıq udma dərəcəsi və izolyasiya xüsusiyyətləri, şübhəsiz ki, fotodetektor tədqiqatçıları tərəfindən bəyənilmir və hətta bu sahədə çətin bir nöqtədir. Bununla belə, son illərdə heteroqovuşma texnologiyasının inkişafı litium niobat əsaslı fotodetektorların tədqiqinə ümid gətirdi. Güclü işıq udma və ya əla keçiriciliyə malik digər materiallar, çatışmazlıqlarını kompensasiya etmək üçün litium niobat ilə heterojen şəkildə birləşdirilə bilər. Eyni zamanda, struktur anizotropiyasına görə litium niobatın kortəbii qütbləşməyə səbəb olan piroelektrik xüsusiyyətləri işıq şüalanması altında istiliyə çevrilərək idarə oluna bilər və bununla da optoelektronik aşkarlama üçün piroelektrik xüsusiyyətləri dəyişdirilə bilər. Bu istilik effekti genişzolaqlı və özünü idarə etmə üstünlüklərinə malikdir və digər materiallarla yaxşı şəkildə tamamlana və birləşdirilə bilər. Termal və fotoelektrik effektlərin sinxron istifadəsi cihazlara hər iki effektin üstünlüklərini birləşdirməyə imkan verən litium niobat əsaslı fotodetektorlar üçün yeni dövr açdı. Və çatışmazlıqları düzəltmək və üstünlüklərin tamamlayıcı inteqrasiyasına nail olmaq üçün bu, son illərdə tədqiqat nöqtəsidir. Bundan əlavə, ion implantasiyası, bant mühəndisliyi və qüsur mühəndisliyindən istifadə də litium niobatın aşkarlanması çətinliyini həll etmək üçün yaxşı seçimdir. Bununla belə, litium niobatın yüksək emal çətinliyi səbəbindən bu sahə hələ də aşağı inteqrasiya, massiv görüntüləmə cihazları və sistemləri və böyük tədqiqat dəyəri və məkanı olan qeyri-kafi performans kimi böyük problemlərlə üzləşir.
Şəkil 1, elektron donor mərkəzləri kimi LN diapazonu daxilində qüsur enerji vəziyyətlərindən istifadə edərək, görünən işığın həyəcanlanması altında keçiricilik zonasında sərbəst yük daşıyıcıları yaradılır. Adətən təqribən 100Hz cavab sürəti ilə məhdudlaşan əvvəlki piroelektrik LN fotodetektorları ilə müqayisədə buLN fotodetektoru10kHz-ə qədər daha sürətli cavab sürətinə malikdir. Eyni zamanda, bu işdə nümayiş etdirildi ki, maqnezium ionu qatqılı LN 10kHz-ə qədər reaksiya ilə xarici işıq modulyasiyasına nail ola bilər. Bu iş yüksək məhsuldarlığa dair tədqiqatları təşviq edir vəyüksək sürətli LN fotodetektorlarıtam funksional bir çipli inteqrasiya edilmiş LN fotonik çiplərinin qurulmasında.
Xülasə, tədqiqat sahəsinazik film litium niobat fotodetektorlarımühüm elmi əhəmiyyətə və böyük praktik tətbiq potensialına malikdir. Gələcəkdə texnologiyanın inkişafı və tədqiqatın dərinləşməsi ilə nazik film litium niobat (LN) fotodetektorları daha yüksək inteqrasiyaya doğru inkişaf edəcəkdir. Bütün aspektlərdə yüksək performanslı, sürətli reaksiya və genişzolaqlı nazik film litium niobat fotodetektorlarına nail olmaq üçün müxtəlif inteqrasiya üsullarının birləşdirilməsi reallığa çevriləcək ki, bu da çip üzərində inteqrasiyanın və ağıllı algılama sahələrinin inkişafına böyük kömək edəcək və yeni nəsil fotonik tətbiqləri üçün daha çox imkanlar təmin edəcək.
Göndərmə vaxtı: 17 fevral 2025-ci il