Нимгэн хальсан литийн ниобат (LN) фотодетектор
Литийн ниобат (LN) нь өвөрмөц талст бүтэцтэй бөгөөд шугаман бус нөлөө, электро-оптик нөлөө, пироэлектрик нөлөө, пьезоэлектрик нөлөө зэрэг баялаг физик нөлөөтэй. Үүний зэрэгцээ өргөн зурвасын оптик тунгалаг цонх, урт хугацааны тогтвортой байдлын давуу талуудтай. 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 харилцаа холбоо, оптик тооцоолол, оптик мэдрэгчийн талбаруудыг хөгжүүлэхэд түлхэц болдог. Гэсэн хэдий ч литийн ниобатын шингээлт ба тусгаарлах шинж чанар сул тул литийн ниобатын нэгдсэн хэрэглээ нь илрүүлэхэд хэцүү асуудалтай тулгарсаар байна. Сүүлийн жилүүдэд энэ салбарын тайланд голчлон долгион хөтлүүрийн нэгдсэн фотодетектор болон гетеро уулзварын фотодетекторууд багтсан болно.
Лити ниобат дээр суурилсан долгион хөтлөгчтэй нэгдсэн фотодетектор нь ихэвчлэн оптик холбооны C-зурвас (1525-1565нм) дээр төвлөрдөг. Үйл ажиллагааны хувьд LN нь голчлон чиглүүлэгч долгионы үүрэг гүйцэтгэдэг бол оптоэлектрон илрүүлэх функц нь голчлон цахиур, III-V бүлгийн нарийн зурвасын завсартай хагас дамжуулагч, хоёр хэмжээст материал зэрэг хагас дамжуулагч дээр суурилдаг. Ийм архитектурт гэрэл нь литийн ниобатын оптик долгион хөтлөгчөөр бага алдагдалтай дамжуулж, дараа нь фотоэлектрик эффект дээр суурилсан бусад хагас дамжуулагч материалаар (жишээлбэл, фото дамжуулалт эсвэл фотоволтайк эффект) шингээгдэж, тээвэрлэгчийн концентрацийг нэмэгдүүлж, гаралтын цахилгаан дохио болгон хувиргадаг. Давуу талууд нь өндөр ажиллах зурвасын өргөн (~GHz), бага ажиллах хүчдэл, жижиг хэмжээ, фотоник чип интеграцтай нийцтэй байдал юм. Гэсэн хэдий ч литийн ниобат болон хагас дамжуулагч материалын орон зайн тусгаарлалтаас шалтгаалан тэдгээр нь тус бүр өөрийн гэсэн үүргийг гүйцэтгэдэг боловч LN нь зөвхөн чиглүүлэгч долгионд үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд бусад маш сайн гадаад шинж чанаруудыг сайн ашиглаагүй байна. Хагас дамжуулагч материалууд нь зөвхөн фотоэлектрик хувиргалтад үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд бие биетэйгээ нэмэлт холбоогүй тул харьцангуй хязгаарлагдмал ажиллах зурвас үүсгэдэг. Тодорхой хэрэгжилтийн хувьд гэрлийн эх үүсвэрээс литийн ниобатын оптик долгион хөтлүүр рүү гэрлийг холбох нь ихээхэн алдагдалд хүргэж, үйл явцын хатуу шаардлага тавьдаг. Үүнээс гадна, холболтын бүс дэх хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн сувагт цацруулсан гэрлийн бодит оптик чадлыг тохируулахад хэцүү байдаг нь түүний илрүүлэх гүйцэтгэлийг хязгаарладаг.
УламжлалтфотодетекторуудДүрслэлийн хэрэглээнд ашигладаг нь ихэвчлэн хагас дамжуулагч материал дээр суурилдаг. Тиймээс литийн ниобатын хувьд түүний гэрлийн шингээлтийн хурд бага, тусгаарлагч шинж чанар нь фотодетектор судлаачдын сонирхлыг татдаггүй, тэр ч байтугай энэ салбарт хэцүү цэг болдог. Гэсэн хэдий ч сүүлийн жилүүдэд гетеро уулзварын технологийн хөгжил нь литийн ниобат дээр суурилсан фотодетекторын судалгаанд найдвар төрүүлж байна. Хүчтэй гэрлийн шингээлт эсвэл маш сайн дамжуулалттай бусад материалыг литийн ниобаттай нэгэн төрлийн байдлаар нэгтгэж, түүний дутагдлыг нөхөж болно. Үүний зэрэгцээ, бүтцийн анизотропийн улмаас литийн ниобатын аяндаа туйлшралаар өдөөгдсөн пироэлектрик шинж чанарыг гэрлийн цацрагийн дор дулаан болгон хувиргах замаар хянаж, улмаар оптоэлектроник илрүүлэлтийн пироэлектрик шинж чанарыг өөрчилж болно. Энэхүү дулааны эффект нь өргөн зурвасын болон өөрөө жолоодох давуу талуудтай бөгөөд бусад материалтай сайн нөхөж, нэгтгэж болно. Дулааны болон фотоэлектрик эффектийг синхрон ашиглах нь литийн ниобат дээр суурилсан фотодетекторын хувьд шинэ эрин үеийг нээж, төхөөрөмжүүдэд хоёр эффектийн давуу талыг нэгтгэх боломжийг олгосон. Мөн дутагдлыг нөхөж, давуу талуудыг нөхөж нэгтгэх зорилгоор энэ нь сүүлийн жилүүдэд судалгааны халуун цэг болсон. Үүнээс гадна, ионы суулгац, зурвасын инженерчлэл, согогийн инженерчлэлийг ашиглах нь литийн ниобатыг илрүүлэх хүндрэлийг шийдвэрлэх сайн сонголт юм. Гэсэн хэдий ч литийн ниобатыг боловсруулах өндөр хүндрэлтэй байдлаас шалтгаалан энэ салбар нь интеграцчилал багатай, массив дүрслэх төхөөрөмж, систем, гүйцэтгэл хангалтгүй зэрэг томоохон бэрхшээлтэй тулгарсаар байгаа нь судалгааны үнэ цэнэ, орон зай ихтэй юм.
Зураг 1-т, LN зурвасын зайн доторх согогийн энергийн төлөвийг электрон донорын төв болгон ашиглан үзэгдэх гэрлийн өдөөлтийн дор дамжуулах зурваст чөлөөт цэнэг зөөгч үүсгэдэг. Өмнөх пироэлектрик LN фотодетекторуудтай харьцуулахад энэ нь ихэвчлэн 100Гц орчим хариу урвалын хурдаар хязгаарлагддаг байсан.LN фотодетектор10 кГц хүртэл илүү хурдан хариу үйлдэл үзүүлдэг. Үүний зэрэгцээ, энэхүү бүтээлд магнийн ионоор нэгдсэн LN нь 10 кГц хүртэлх хариу үйлдэлтэйгээр гадаад гэрлийн модуляцийг бий болгож чаддаг болохыг харуулсан. Энэхүү бүтээл нь өндөр гүйцэтгэлтэй болонөндөр хурдны LN фотодетекторуудбүрэн ажиллагаатай нэг чиптэй нэгдсэн LN фотоник чипүүдийг бүтээхэд.
Товчхондоо, судалгааны салбар ньнимгэн хальсан литийн ниобатын фотодетекторуудшинжлэх ухааны чухал ач холбогдолтой бөгөөд практик хэрэглээний асар их боломжтой. Ирээдүйд технологийн хөгжил, судалгаа гүнзгийрэхийн хэрээр нимгэн хальсан литийн ниобат (LN) фотодетекторууд илүү өндөр интеграци руу чиглэн хөгжих болно. Өндөр гүйцэтгэлтэй, хурдан хариу үйлдэлтэй, өргөн зурвасын нимгэн хальсан литийн ниобат фотодетекторуудыг бүх талаараа бий болгохын тулд янз бүрийн интеграцийн аргуудыг хослуулах нь бодит байдал болж, чип дээрх интеграци болон ухаалаг мэдрэгчийн салбарын хөгжлийг ихээхэн дэмжиж, шинэ үеийн фотоникийн хэрэглээнд илүү их боломжийг олгоно.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 2-р сарын 17