Phothium Niobate (LN) màng mỏng

Phothium Niobate (LN) màng mỏng

Lithium niobate (LN) có cấu trúc tinh thể độc đáo và các hiệu ứng vật lý phong phú, như hiệu ứng phi tuyến, hiệu ứng điện quang, hiệu ứng quang điện và hiệu ứng áp điện. Đồng thời, nó có những ưu điểm của cửa sổ minh bạch quang rộng và sự ổn định dài hạn. Những đặc điểm này làm cho LN trở thành một nền tảng quan trọng cho thế hệ quang tử tích hợp mới. Trong các thiết bị quang học và hệ thống quang điện tử, các đặc điểm của LN có thể cung cấp các chức năng và hiệu suất phong phú, thúc đẩy sự phát triển của giao tiếp quang học, điện toán quang học và các trường cảm biến quang học. Tuy nhiên, do tính chất hấp thụ và cách nhiệt yếu của lithium niobate, ứng dụng tích hợp của lithium niobate vẫn phải đối mặt với vấn đề phát hiện khó khăn. Trong những năm gần đây, các báo cáo trong lĩnh vực này chủ yếu bao gồm bộ lọc quang tích hợp của ống dẫn sóng và bộ quang điện tử dị vòng.
Bộ dẫn quang tích hợp của ống dẫn sóng dựa trên lithium niobate thường tập trung vào băng t-dải C liên lạc quang học (1525-1565NM). Về chức năng, LN chủ yếu đóng vai trò của sóng có hướng dẫn, trong khi chức năng phát hiện quang điện tử chủ yếu dựa vào chất bán dẫn như silicon, iii-V nhóm bán dẫn Bandgap hẹp và vật liệu hai chiều. Trong một kiến ​​trúc như vậy, ánh sáng được truyền qua các ống dẫn sóng quang lithium niobate với sự mất mát thấp, và sau đó được hấp thụ bởi các vật liệu bán dẫn khác dựa trên các hiệu ứng quang điện (như hiệu ứng quang điện hoặc tác dụng quang điện) để tăng nồng độ sóng mang và chuyển đổi thành tín hiệu điện cho đầu ra. Ưu điểm là băng thông hoạt động cao (~ GHz), điện áp hoạt động thấp, kích thước nhỏ và khả năng tương thích với tích hợp chip quang tử. Tuy nhiên, do sự phân tách không gian của các vật liệu lithium niobate và chất bán dẫn, mặc dù mỗi người thực hiện các chức năng của riêng mình, LN chỉ đóng vai trò trong việc hướng dẫn sóng và các tài sản nước ngoài tuyệt vời khác chưa được sử dụng tốt. Vật liệu bán dẫn chỉ đóng một vai trò trong chuyển đổi quang điện và thiếu khớp nối bổ sung với nhau, dẫn đến một dải vận hành tương đối hạn chế. Về mặt thực hiện cụ thể, sự kết hợp của ánh sáng từ nguồn ánh sáng với ống dẫn sóng quang lithium niobate dẫn đến tổn thất đáng kể và các yêu cầu quá trình nghiêm ngặt. Ngoài ra, công suất quang học thực tế của ánh sáng được chiếu xạ trên kênh thiết bị bán dẫn trong vùng ghép rất khó hiệu chỉnh, điều này hạn chế hiệu suất phát hiện của nó.
Truyền thốngPhotodetectorĐược sử dụng cho các ứng dụng hình ảnh thường dựa trên vật liệu bán dẫn. Do đó, đối với lithium niobate, tốc độ hấp thụ ánh sáng thấp và các đặc tính cách điện làm cho nó chắc chắn không được các nhà nghiên cứu quang điện tử ưa thích, và thậm chí là một điểm khó khăn trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ dị vòng trong những năm gần đây đã mang lại hy vọng cho nghiên cứu của các chất phát quang dựa trên lithium niobate. Các vật liệu khác có độ hấp thụ ánh sáng mạnh hoặc độ dẫn tuyệt vời có thể được tích hợp không đồng nhất với lithium niobate để bù cho những thiếu sót của nó. Đồng thời, sự phân cực tự phát gây ra các đặc tính pyroelectric của lithium niobate do dị hướng cấu trúc của nó có thể được kiểm soát bằng cách chuyển đổi thành nhiệt dưới sự chiếu xạ ánh sáng, do đó thay đổi các đặc tính pyroelle điện để phát hiện quang điện tử. Hiệu ứng nhiệt này có những ưu điểm của băng rộng và tự lái, và có thể được bổ sung tốt và hợp nhất với các vật liệu khác. Việc sử dụng đồng bộ các hiệu ứng nhiệt và quang điện đã mở ra một kỷ nguyên mới cho bộ điều hòa quang điện dựa trên lithium niobate, cho phép các thiết bị kết hợp các lợi thế của cả hai hiệu ứng. Và để bù đắp cho những thiếu sót và đạt được sự tích hợp bổ sung cho các lợi thế, đó là một điểm nóng nghiên cứu trong những năm gần đây. Ngoài ra, việc sử dụng cấy ghép ion, kỹ thuật băng và kỹ thuật khiếm khuyết cũng là một lựa chọn tốt để giải quyết khó khăn trong việc phát hiện lithium niobate. Tuy nhiên, do độ khó xử lý cao của lithium niobate, lĩnh vực này vẫn phải đối mặt với những thách thức lớn như tích hợp thấp, thiết bị hình ảnh mảng và hiệu suất không đủ, có giá trị nghiên cứu và không gian tuyệt vời.

Hình 1, sử dụng các trạng thái năng lượng khiếm khuyết trong LN Bandgap làm trung tâm của nhà tài trợ electron, các chất mang điện tích miễn phí được tạo ra trong dải dẫn dưới sự kích thích ánh sáng có thể nhìn thấy. So với các bộ quang điện quang điện LN trước đây, thường bị giới hạn ở tốc độ phản hồi khoảng 100Hz, điều nàyLN Photodetectorcó tốc độ phản hồi nhanh hơn lên đến 10kHz. Trong khi đó, trong công trình này, người ta đã chứng minh rằng LN pha tạp ion magiê có thể đạt được điều chế ánh sáng bên ngoài với phản ứng lên tới 10kHz. Công việc này thúc đẩy nghiên cứu về hiệu suất cao vàPhotodetector LN tốc độ caoTrong việc xây dựng các chip LN quang tích hợp đơn đầy đủ chức năng.
Tóm lại, lĩnh vực nghiên cứu củaPhim mỏng lithium niobate photodetectorCó ý nghĩa khoa học quan trọng và tiềm năng ứng dụng thực tế khổng lồ. Trong tương lai, với sự phát triển của công nghệ và sự sâu sắc của nghiên cứu, bộ quang điện quang lithium niobate (LN) mỏng sẽ phát triển theo hướng tích hợp cao hơn. Kết hợp các phương pháp tích hợp khác nhau để đạt được hiệu suất cao, phản ứng nhanh và bộ điều hòa quang lithium niobate màng mỏng trong tất cả các khía cạnh sẽ trở thành hiện thực, điều này sẽ thúc đẩy sự phát triển của tích hợp trên chip và các trường cảm biến thông minh và cung cấp nhiều khả năng hơn cho Thế hệ mới của các ứng dụng quang tử.