Нимгэн хальсан литийн ниобат (LN) фото илрүүлэгч

Нимгэн хальсан литийн ниобат (LN) фото илрүүлэгч

Литиум ниобат (LN) нь өвөрмөц талст бүтэцтэй бөгөөд шугаман бус эффект, цахилгаан оптик нөлөө, пироэлектрик эффект, пьезоэлектрик эффект зэрэг баялаг физик нөлөөтэй. Үүний зэрэгцээ өргөн зурвасын оптик ил тод цонх, урт хугацааны тогтвортой байдлын давуу талтай. Эдгээр шинж чанарууд нь LN-ийг шинэ үеийн нэгдсэн фотоникийн чухал платформ болгодог. Оптик төхөөрөмж болон оптоэлектроник системд LN-ийн шинж чанарууд нь баялаг функц, гүйцэтгэлийг хангаж, оптик холбоо, оптик тооцоолол, оптик мэдрэгч бүхий талбаруудыг хөгжүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг. Гэсэн хэдий ч литийн ниобатын шингээлт, тусгаарлагч шинж чанар муутай тул литийн ниобатыг нэгдмэл байдлаар хэрэглэх нь илрүүлэхэд хэцүү хэвээр байна. Сүүлийн жилүүдэд энэ салбарын тайланд голчлон долгион хөтлүүрийн нэгдсэн фотодетектор болон гетерогцолтын фотодетекторууд багтдаг.
Литиум ниобат дээр суурилсан долгион хөтлүүрийн нэгдсэн фотодетектор нь ихэвчлэн оптик холбооны C зурваст (1525-1565 нм) төвлөрдөг. Функцийн хувьд LN голчлон чиглүүлсэн долгионы үүргийг гүйцэтгэдэг бол оптоэлектроник илрүүлэх функц нь цахиур, III-V бүлгийн нарийн зурвас бүхий хагас дамжуулагч, хоёр хэмжээст материал зэрэг хагас дамжуулагч дээр тулгуурладаг. Ийм архитектурт гэрлийг литийн ниобат оптик долгионы дамжуулагчаар бага алдагдалтай дамжуулж, дараа нь фотоэлектрик эффект (фото дамжуулагч эсвэл фотоволтайк эффект гэх мэт) дээр суурилсан бусад хагас дамжуулагч материалд шингээж, зөөвөрлөгчийн концентрацийг нэмэгдүүлж, гаралтын цахилгаан дохио болгон хувиргадаг. Давуу талууд нь ажлын өндөр зурвасын өргөн (~GHz), бага ажиллах хүчдэл, жижиг хэмжээтэй, фотоник чиптэй нийцтэй байх явдал юм. Гэсэн хэдий ч литийн ниобат ба хагас дамжуулагч материал нь орон зайн тусгаарлалтаас шалтгаалан тус бүр өөрийн гэсэн үүргийг гүйцэтгэдэг боловч LN нь зөвхөн долгионыг чиглүүлэх үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд бусад гайхалтай гадаад шинж чанаруудыг сайн ашиглаагүй байна. Хагас дамжуулагч материал нь зөвхөн фотоэлектрик хувиргалт хийх үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд бие биентэйгээ нэмэлт холболтгүй тул харьцангуй хязгаарлагдмал ажиллах зурвасыг бий болгодог. Тодорхой хэрэгжилтийн хувьд гэрлийн эх үүсвэрээс литийн ниобатын оптик долгион хөтлүүртэй гэрлийг холбох нь ихээхэн хэмжээний алдагдал, үйл явцын хатуу шаардлагад хүргэдэг. Нэмж дурдахад, холболтын бүс дэх хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн суваг дээр цацруулсан гэрлийн бодит оптик хүчийг тохируулахад хэцүү байдаг бөгөөд энэ нь түүний илрүүлэх чадварыг хязгаарладаг.
УламжлалтфотодетекторуудДүрслэлийн хэрэглээнд ихэвчлэн хагас дамжуулагч материал дээр суурилдаг. Тиймээс литийн ниобатын хувьд гэрэл шингээх чадвар бага, тусгаарлах шинж чанар нь түүнийг фотодетектор судлаачдын таашаалд нийцэхгүй, тэр ч байтугай энэ талбарт хэцүү цэг болгодог нь эргэлзээгүй. Гэсэн хэдий ч сүүлийн жилүүдэд гетерогцолтын технологийн хөгжил нь литийн ниобат дээр суурилсан фотодетекторуудын судалгаанд найдвар төрүүлж байна. Хүчтэй гэрлийн шингээлттэй эсвэл маш сайн дамжуулалттай бусад материалыг литийн ниобаттай нэгдмэл байдлаар нэгтгэж, түүний дутагдлыг нөхөж болно. Үүний зэрэгцээ, литийн ниобатын бүтцийн анизотропийн улмаас аяндаа туйлшрахаас үүдэлтэй пироэлектрик шинж чанарыг гэрлийн цацрагийн дор дулаан болгон хувиргах замаар хянах боломжтой бөгөөд ингэснээр оптоэлектроник илрүүлэх пироэлектрик шинж чанарыг өөрчилдөг. Энэхүү дулааны нөлөөлөл нь өргөн зурвасын болон өөрөө жолоодлогын давуу талтай бөгөөд бусад материалтай сайн нийлүүлж, нэгтгэж болно. Дулааны болон фотоэлектрик эффектүүдийн синхрон хэрэглээ нь литийн ниобат дээр суурилсан фотодетекторуудын шинэ эрин үеийг нээж, төхөөрөмжүүдэд хоёр эффектийн давуу талыг хослуулах боломжийг олгосон. Мөн дутагдалтай талуудыг нөхөж, давуу талуудыг нэгтгэх зорилгоор сүүлийн жилүүдэд судалгааны халуун цэг болжээ. Нэмж дурдахад ион суулгац, туузан инженерчлэл, согогийн инженерчлэлийг ашиглах нь литийн ниобат илрүүлэх хүндрэлийг шийдвэрлэх сайн сонголт юм. Гэсэн хэдий ч литийн ниобатыг боловсруулах өндөр хүндрэлтэй тул энэ талбарт интеграцчлал бага, массив дүрслэх төхөөрөмж, систем, хангалтгүй гүйцэтгэл зэрэг томоохон сорилтууд тулгарсаар байгаа нь судалгааны үнэ цэнэ, орон зайд ихээхэн ач холбогдолтой юм.

Зураг 1, LN зурвасын доторх согогийн энергийн төлөвийг электрон донорын төв болгон ашигласнаар үзэгдэх гэрлийн өдөөлтөөр дамжуулалтын зурваст чөлөөт цэнэг тээвэрлэгч үүсдэг. Ихэвчлэн 100 Гц орчим хариу өгөх хурдаар хязгаарлагддаг байсан өмнөх пироэлектрик LN фотодетекторуудтай харьцуулахад энэ ньLN фото илрүүлэгч10 кГц хүртэл илүү хурдан хариу өгөх хурдтай. Үүний зэрэгцээ, энэ ажилд магнийн ионоор баяжуулсан LN нь 10 кГц хүртэлх давтамжтай гадны гэрлийн модуляцийг хийж чаддаг болохыг харуулсан. Энэхүү ажил нь өндөр бүтээмжтэй болонөндөр хурдны LN фотодетекторуудбүрэн ажиллагаатай нэг чиптэй нэгдсэн LN фотоник чипийг бүтээхэд.
Товчхондоо судалгааны чиглэлнимгэн хальсан литийн ниобат фотодетекторшинжлэх ухааны чухал ач холбогдолтой, асар их практик хэрэглээний боломжуудтай. Ирээдүйд технологийн хөгжил, судалгаа гүнзгийрснээр нимгэн хальсан литийн ниобат (LN) фотодетекторууд илүү өндөр интеграцид хөгжих болно. Өндөр хүчин чадалтай, хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх, өргөн зурвасын нимгэн хальсан литийн ниобат фотодетекторуудад хүрэхийн тулд интеграцийн янз бүрийн аргуудыг нэгтгэх нь бодит байдал болж, чип дээрх интеграци, ухаалаг мэдрэгч бүхий талбаруудыг хөгжүүлэхэд ихээхэн түлхэц болж, фотоникийн шинэ үеийн хэрэглээг нэмэгдүүлэх боломжийг олгоно.