Fotodetector di niobato di litiu (LN) à film sottile

Fotodetector di niobato di litiu (LN) à film sottile

U niobatu di litiu (LN) hà una struttura cristallina unica è ricchi effetti fisichi, cum'è effetti non lineari, effetti elettro-ottici, effetti piroelettrici è effetti piezoelettrici. À u listessu tempu, hà i vantaghji di a finestra di trasparenza ottica à banda larga è di a stabilità à longu andà. Queste caratteristiche facenu di LN una piattaforma impurtante per a nova generazione di fotonica integrata. In i dispositivi ottici è i sistemi optoelettronici, e caratteristiche di LN ponu furnisce funzioni è prestazioni ricche, prumove u sviluppu di a cumunicazione ottica, l'informatica ottica è i campi di rilevamentu otticu. Tuttavia, per via di e debuli proprietà di assorbimentu è isolamentu di u niobatu di litiu, l'applicazione integrata di u niobatu di litiu si trova sempre di fronte à u prublema di una rilevazione difficiule. In l'ultimi anni, i rapporti in questu campu includenu principalmente fotodetector integrati in guida d'onda è fotodetector à eterogiunzione.
U fotodetector integratu di guida d'onda basatu annantu à u niobatu di litiu hè generalmente focalizatu annantu à a banda C di cumunicazione ottica (1525-1565nm). In termini di funzione, u LN ghjoca principalmente u rolu di l'onde guidate, mentre chì a funzione di rilevazione optoelettronica si basa principalmente nantu à semiconduttori cum'è u siliciu, i semiconduttori à banda stretta di u gruppu III-V è i materiali bidimensionali. In una tale architettura, a luce hè trasmessa attraversu guide d'onda ottiche di niobatu di litiu cù bassa perdita, è poi assorbita da altri materiali semiconduttori basati annantu à effetti fotoelettrici (cum'è a fotoconduttività o l'effetti fotovoltaici) per aumentà a cuncentrazione di purtatori è cunvertisceli in signali elettrici per l'output. I vantaghji sò una larghezza di banda operativa elevata (~GHz), una bassa tensione operativa, dimensioni ridotte è compatibilità cù l'integrazione di chip fotonici. Tuttavia, per via di a separazione spaziale di u niobatu di litiu è di i materiali semiconduttori, ancu s'elli svolgenu ognunu e so funzioni, u LN ghjoca solu un rolu in a guida di l'onde è altre eccellenti proprietà straniere ùn sò state ben aduprate. I materiali semiconduttori ghjocanu solu un rolu in a cunversione fotoelettrica è mancanu di accoppiamentu cumplementariu trà di elli, risultendu in una banda operativa relativamente limitata. In termini d'implementazione specifica, l'accoppiamentu di a luce da a fonte luminosa à a guida d'onda ottica di niobatu di litiu provoca perdite significative è requisiti di prucessu stretti. Inoltre, a putenza ottica reale di a luce irradiata nantu à u canale di u dispositivu semiconduttore in a regione d'accoppiamentu hè difficiule da calibrà, ciò chì limita e so prestazioni di rilevazione.
U tradiziunalefotodetettoriI materiali utilizati per l'applicazioni d'imaghjini sò generalmente basati nantu à materiali semiconduttori. Dunque, per u niobatu di litiu, u so bassu tassu d'assorbimentu di luce è e so proprietà isolanti u rendenu senza dubbitu micca favuritu da i circadori di fotodetector, è ancu un puntu difficiule in u campu. Tuttavia, u sviluppu di a tecnulugia di eterogiunzione in l'ultimi anni hà purtatu speranza à a ricerca di fotodetector basati nantu à u niobatu di litiu. Altri materiali cù un forte assorbimentu di luce o una eccellente conducibilità ponu esse integrati eterogeneamente cù u niobatu di litiu per cumpensà i so difetti. À u listessu tempu, e caratteristiche piroelettriche indotte da a polarizazione spontanea di u niobatu di litiu per via di a so anisotropia strutturale ponu esse cuntrullate cunvertendu in calore sottu irradiazione di luce, cambiendu cusì e caratteristiche piroelettriche per a rilevazione optoelettronica. Questu effettu termicu hà i vantaghji di a banda larga è di l'autoguida, è pò esse bè cumplementatu è fusu cù altri materiali. L'utilizazione sincrona di l'effetti termichi è fotoelettrici hà apertu una nova era per i fotodetector basati nantu à u niobatu di litiu, permettendu à i dispositivi di cumbinà i vantaghji di i dui effetti. È per cumpensà i difetti è ottene una integrazione cumplementare di i vantaghji, hè un puntu caldu di ricerca in l'ultimi anni. Inoltre, l'utilizazione di l'impiantu ionicu, l'ingegneria di banda è l'ingegneria di difetti hè ancu una bona scelta per risolve a difficultà di rilevà u niobatu di litiu. Tuttavia, per via di l'alta difficultà di trasfurmazione di u niobatu di litiu, questu campu face sempre grandi sfide cum'è a bassa integrazione, i dispositivi è sistemi di imaging di array, è e prestazioni insufficienti, chì anu un grande valore di ricerca è spaziu.

Figura 1, aduprendu i stati energetichi di difetti in a banda di cundotta LN cum'è centri donatori di elettroni, i purtatori di carica liberi sò generati in a banda di cundotta sottu eccitazione di luce visibile. In paragone à i precedenti fotodetectori LN piroelettrici, chì eranu tipicamente limitati à una velocità di risposta di circa 100Hz, questuFotodetector LNhà una velocità di risposta più rapida finu à 10 kHz. Intantu, in questu travagliu, hè statu dimustratu chì u LN dopatu cù ioni di magnesiu pò ottene una modulazione di luce esterna cù una risposta finu à 10 kHz. Questu travagliu prumove a ricerca nantu à alte prestazioni èfotodetettori LN à alta velocitàin a custruzzione di chip fotonici LN integrati à chip unicu cumpletamente funziunali.
In riassuntu, u campu di ricerca difotodetettori di niobato di litiu à film sottileHà una significazione scientifica impurtante è un enorme putenziale d'applicazione pratica. In u futuru, cù u sviluppu di a tecnulugia è l'approfondimentu di a ricerca, i fotodetectori di niobato di litiu (LN) à film sottile si svilupperanu versu una maggiore integrazione. A cumbinazione di diversi metudi d'integrazione per ottene fotodetectori di niobato di litiu à film sottile à alte prestazioni, risposta rapida è banda larga in tutti l'aspetti diventerà una realità, chì prumoverà assai u sviluppu di l'integrazione on-chip è di campi di rilevamentu intelligenti, è furnisce più pussibilità per a nova generazione di applicazioni fotoniche.