ฟิล์มบางลิเธียม niobate (LN) photodetector
Lithium Niobate (LN) มีโครงสร้างผลึกที่เป็นเอกลักษณ์และผลกระทบทางกายภาพที่หลากหลายเช่นผลกระทบที่ไม่เชิงเส้น, ผลกระทบไฟฟ้า-ออปติก, ผลกระทบ pyroelectric และผล piezoelectric ในขณะเดียวกันก็มีข้อดีของหน้าต่างความโปร่งใสทางแสงแบบกว้างและเสถียรภาพระยะยาว ลักษณะเหล่านี้ทำให้ LN เป็นแพลตฟอร์มที่สำคัญสำหรับโฟโตนิกรุ่นใหม่ ในอุปกรณ์ออพติคอลและระบบออพโตอิเล็กทรอนิกส์ลักษณะของ LN สามารถให้ฟังก์ชั่นและประสิทธิภาพที่หลากหลายส่งเสริมการพัฒนาการสื่อสารด้วยแสงการคำนวณแบบออพติคอลและสนามตรวจจับแสง อย่างไรก็ตามเนื่องจากคุณสมบัติการดูดซับและฉนวนที่อ่อนแอของลิเธียม niobate การประยุกต์ใช้แบบบูรณาการของลิเธียม niobate ยังคงเผชิญกับปัญหาของการตรวจจับที่ยาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมารายงานในสาขานี้ส่วนใหญ่รวมถึงเครื่องตรวจจับคลื่นรวมท่อนำคลื่นและเครื่องตรวจจับแสง heterojunction
เครื่องตรวจจับด้วยคลื่นนำคลื่นที่ใช้ลิเธียม niobate มักจะมุ่งเน้นไปที่การสื่อสารด้วยแสง C-band (1525-1565NM) ในแง่ของฟังก์ชั่น LN ส่วนใหญ่มีบทบาทของคลื่นนำทางในขณะที่ฟังก์ชั่นการตรวจจับ optoelectronic ส่วนใหญ่อาศัยเซมิคอนดักเตอร์เช่นซิลิกอน, III-V กลุ่มเซมิคอนดักเตอร์ Bandgap แคบและวัสดุสองมิติ ในสถาปัตยกรรมดังกล่าวแสงจะถูกส่งผ่านท่อนำคลื่นแสงลิเธียม niobate ที่มีการสูญเสียต่ำและจากนั้นดูดซึมโดยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ บนพื้นฐานของผลกระทบโฟโตอิเล็กทริก (เช่น photoconductivity หรือเอฟเฟกต์เซลล์แสงอาทิตย์) เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของพาหะและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า ข้อดีคือแบนด์วิดธ์ที่ใช้งานได้สูง (~ GHz) แรงดันไฟฟ้าต่ำขนาดเล็กและความเข้ากันได้กับการรวมชิปโทนิค อย่างไรก็ตามเนื่องจากการแยกเชิงพื้นที่ของวัสดุลิเธียม niobate และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แม้ว่าพวกเขาแต่ละคนทำหน้าที่ของตัวเอง LN มีบทบาทในการชี้นำคลื่นและคุณสมบัติต่างประเทศที่ยอดเยี่ยมอื่น ๆ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีบทบาทเฉพาะในการแปลงโฟโตอิเล็กทริกและขาดการมีเพศสัมพันธ์เสริมซึ่งกันและกันส่งผลให้เกิดวงดนตรีที่ค่อนข้าง จำกัด ในแง่ของการใช้งานที่เฉพาะเจาะจงการมีเพศสัมพันธ์ของแสงจากแหล่งกำเนิดแสงไปยังท่อนำคลื่นแสงลิเธียม niobate ส่งผลให้เกิดการสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญและข้อกำหนดกระบวนการที่เข้มงวด นอกจากนี้พลังงานแสงที่แท้จริงของแสงที่ฉายรังสีไปยังช่องอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ในพื้นที่คัปปลิ้งนั้นยากที่จะปรับเทียบซึ่ง จำกัด ประสิทธิภาพการตรวจจับ
แบบดั้งเดิมเครื่องตรวจจับแสงใช้สำหรับการใช้งานการถ่ายภาพมักจะขึ้นอยู่กับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ดังนั้นสำหรับลิเธียม niobate อัตราการดูดกลืนแสงต่ำและคุณสมบัติฉนวนทำให้ไม่ต้องสงสัยเลยว่านักวิจัยโฟโต้ตรวจสอบและแม้แต่จุดที่ยากในสนาม อย่างไรก็ตามการพัฒนาเทคโนโลยี heterojunction ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้นำความหวังมาสู่การวิจัยของเครื่องตรวจจับแสงจากลิเธียมไนโอเบต วัสดุอื่น ๆ ที่มีการดูดซับแสงที่แข็งแกร่งหรือการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมสามารถรวมเข้ากับลิเธียม niobate เพื่อชดเชยข้อบกพร่องของลิเธียมเพื่อชดเชยข้อบกพร่อง ในเวลาเดียวกันโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองทำให้เกิดลักษณะของ pyroelectric ของลิเธียม niobate เนื่องจากโครงสร้าง anisotropy สามารถควบคุมได้โดยการแปลงเป็นความร้อนภายใต้การฉายรังสีแสงจึงเปลี่ยนลักษณะของ pyroelectric สำหรับการตรวจจับออพโตอิเล็กทรอนิกส์ เอฟเฟกต์ความร้อนนี้มีข้อดีของการขับขี่ด้วยตนเองและการขับขี่ด้วยตนเองและสามารถเติมเต็มและหลอมรวมกับวัสดุอื่น ๆ ได้ การใช้ประโยชน์แบบซิงโครนัสของเอฟเฟกต์ความร้อนและโฟโตอิเล็กทริกได้เปิด ERA ใหม่สำหรับเครื่องตรวจจับแสงจากลิเธียมไนโอเบตทำให้อุปกรณ์สามารถรวมข้อได้เปรียบของเอฟเฟกต์ทั้งสอง และเพื่อชดเชยข้อบกพร่องและบรรลุการบูรณาการเสริมของข้อดีมันเป็นฮอตสปอตการวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นอกจากนี้การใช้ประโยชน์จากการฝังไอออนวิศวกรรมวงดนตรีและวิศวกรรมข้อบกพร่องก็เป็นทางเลือกที่ดีในการแก้ปัญหาความยากลำบากในการตรวจจับลิเธียมไนโอเบต อย่างไรก็ตามเนื่องจากความยากลำบากในการประมวลผลสูงของลิเธียมไนโอเบตสาขานี้ยังคงเผชิญกับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่เช่นการรวมระบบต่ำอุปกรณ์ถ่ายภาพอาเรย์และระบบและประสิทธิภาพที่ไม่เพียงพอซึ่งมีค่าการวิจัยและพื้นที่ที่ดี
รูปที่ 1 โดยใช้สถานะพลังงานข้อบกพร่องภายใน LN bandgap เป็นศูนย์ผู้บริจาคอิเล็กตรอนผู้ให้บริการประจุฟรีจะถูกสร้างขึ้นในแถบการนำไฟฟ้าภายใต้การกระตุ้นแสงที่มองเห็นได้ เมื่อเทียบกับ pyroelectric ln photoDetectors ก่อนหน้านี้ซึ่งโดยทั่วไปจะถูก จำกัด ด้วยความเร็วในการตอบสนองประมาณ 100Hz นี่ln photodetectorมีความเร็วในการตอบสนองที่เร็วกว่า 10kHz ในขณะเดียวกันในงานนี้มันแสดงให้เห็นว่าแมกนีเซียมไอออนเจือ LN สามารถบรรลุการมอดูเลตแสงภายนอกด้วยการตอบสนองสูงสุด 10kHz งานนี้ส่งเสริมการวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพสูงและเครื่องตรวจจับ LN ความเร็วสูงในการสร้างชิปโฟโตนิกชิปแบบรวมชิปเดียวที่ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์
โดยสรุปสาขาการวิจัยของฟิล์มบางลิเธียม niobate photoDetectorsมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญและศักยภาพในการใช้งานจริง ในอนาคตด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีและการวิจัยที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นฟิล์มฟิล์มบางลิเธียม Niobate (LN) จะพัฒนาไปสู่การบูรณาการที่สูงขึ้น การรวมวิธีการบูรณาการที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการทำงานที่มีประสิทธิภาพสูงการตอบสนองที่รวดเร็วและฟิล์มบาง ๆ Lithium Niobate PhotoDetectors ในทุกด้านจะกลายเป็นความจริงซึ่งจะส่งเสริมการพัฒนาของการบูรณาการบนชิปและสาขาการตรวจจับอัจฉริยะและให้ความเป็นไปได้มากขึ้นสำหรับ แอพพลิเคชั่นโฟโตนิกรุ่นใหม่
เวลาโพสต์: ก.พ. 17-2025