Φωτοανθεραπευτής λιθίου λεπτής μεμβράνης (LN)

Φωτοανθεραπευτής λιθίου λεπτής μεμβράνης (LN)

Το Niobate του λιθίου (LN) έχει μοναδική κρυσταλλική δομή και πλούσια φυσικά αποτελέσματα, όπως μη γραμμικά αποτελέσματα, ηλεκτρο-οπτικά αποτελέσματα, πυροηλεκτρικά αποτελέσματα και πιεζοηλεκτρικά αποτελέσματα. Ταυτόχρονα, έχει τα πλεονεκτήματα του παραθύρου οπτικής διαφάνειας ευρείας ζώνης και της μακροπρόθεσμης σταθερότητας. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν το LN μια σημαντική πλατφόρμα για τη νέα γενιά ολοκληρωμένης φωτονικής. Σε οπτικές συσκευές και οπτοηλεκτρονικά συστήματα, τα χαρακτηριστικά του LN μπορούν να παρέχουν πλούσιες λειτουργίες και απόδοση, προωθώντας την ανάπτυξη πεδίων οπτικής επικοινωνίας, οπτικής πληροφορικής και οπτικής ανίχνευσης. Ωστόσο, λόγω των αδύναμων ιδιοτήτων απορρόφησης και μόνωσης του νιωβικού λιθίου, η ολοκληρωμένη εφαρμογή του νιβανικού λιθίου εξακολουθεί να αντιμετωπίζει το πρόβλημα της δύσκολης ανίχνευσης. Τα τελευταία χρόνια, οι εκθέσεις στον τομέα αυτό περιλαμβάνουν κυρίως τους ενσωματωμένους φωτοανιχνευτές κυματοδηγών και τους φωτοανιχνευτές ετεροαγωγών.
Ο ενσωματωμένος φωτοανιχνευτής κυματοδηγού που βασίζεται στο νημαβικό λιθίου επικεντρώνεται συνήθως στην οπτική επικοινωνία C-Band (1525-1565NM). Από την άποψη της λειτουργίας, το LN παίζει κυρίως το ρόλο των καθοδηγούμενων κυμάτων, ενώ η λειτουργία οπτοηλεκτρονικής ανίχνευσης βασίζεται κυρίως σε ημιαγωγούς όπως το πυρίτιο, οι ημιαγωγοί στενής ζώνης III-V και τα δισδιάστατα υλικά. Σε μια τέτοια αρχιτεκτονική, το φως μεταδίδεται μέσω των οπτικών κυματοδηγών του λιθίου με χαμηλή απώλεια και στη συνέχεια απορροφάται από άλλα υλικά ημιαγωγών που βασίζονται σε φωτοηλεκτρικά αποτελέσματα (όπως φωτοαγωγιμότητα ή φωτοβολταϊκά αποτελέσματα) για την αύξηση της συγκέντρωσης του φορέα και τη μετατροπή τους σε ηλεκτρικά σήματα για έξοδο. Τα πλεονεκτήματα είναι υψηλό εύρος ζώνης (~ GHz), χαμηλή τάση λειτουργίας, μικρό μέγεθος και συμβατότητα με την ενσωμάτωση φωτονικών τσιπ. Ωστόσο, λόγω του χωροταξικού διαχωρισμού των υλικών Niobate του λιθίου και των ημιαγωγών, αν και το καθένα εκτελεί τις δικές του λειτουργίες, το LN παίζει μόνο ρόλο στην καθοδήγηση των κυμάτων και άλλες εξαιρετικές ξένες ιδιότητες δεν έχουν χρησιμοποιηθεί καλά. Τα υλικά ημιαγωγών παίζουν μόνο ρόλο στη φωτοηλεκτρική μετατροπή και δεν διαθέτουν συμπληρωματική σύζευξη μεταξύ τους, με αποτέλεσμα μια σχετικά περιορισμένη ζώνη λειτουργίας. Από την άποψη της συγκεκριμένης εφαρμογής, η σύζευξη του φωτός από την πηγή φωτός στον οπτικό κυματοδηγό Niobate του λιθίου οδηγεί σε σημαντικές απώλειες και αυστηρές απαιτήσεις διεργασίας. Επιπλέον, η πραγματική οπτική ισχύς του φωτός ακτινοβολείται στο κανάλι συσκευής ημιαγωγών στην περιοχή σύζευξης είναι δύσκολο να βαθμονομηθεί, γεγονός που περιορίζει την απόδοση ανίχνευσης.
Το παραδοσιακόφωτοανόδυροιΧρησιμοποιείται για εφαρμογές απεικόνισης συνήθως βασίζονται σε υλικά ημιαγωγών. Ως εκ τούτου, για το Niobate του λιθίου, ο ρυθμός απορρόφησης χαμηλού φωτός και οι μονωτικές ιδιότητες καθιστούν αναμφισβήτητα δεν ευνοείται από τους ερευνητές των φωτοανιτόπων και ακόμη και ένα δύσκολο σημείο στον τομέα. Ωστόσο, η ανάπτυξη της τεχνολογίας ετεροδιαστυσμού τα τελευταία χρόνια έφερε την ελπίδα στην έρευνα των φωτοανιχνευτών που βασίζονται σε λιθίου niobate. Άλλα υλικά με ισχυρή απορρόφηση φωτός ή εξαιρετική αγωγιμότητα μπορούν να ενσωματωθούν ετερογενώς με το νησί λιθίου για να αντισταθμίσουν τις αδυναμίες του. Ταυτόχρονα, η αυθόρμητη πόλωση προκάλεσε πυροηλεκτρικά χαρακτηριστικά του νιοβαλικού λιθίου λόγω της δομικής ανισοτροπίας του μπορεί να ελεγχθεί με τη μετατροπή σε θερμότητα υπό ακτινοβόληση, αλλάζοντας έτσι τα πυροδοτικά χαρακτηριστικά για την οπτοηλεκτρονική ανίχνευση. Αυτό το θερμικό αποτέλεσμα έχει τα πλεονεκτήματα της ευρείας ζώνης και της αυτο -οδήγησης και μπορεί να συμπληρωθεί και να συγχωνευθεί με άλλα υλικά. Η σύγχρονη χρήση θερμικών και φωτοηλεκτρικών επιδράσεων έχει ανοίξει μια νέα εποχή για φωτοανιχνευτές με βάση το Niobate λιθίου, επιτρέποντας στις συσκευές να συνδυάσουν τα πλεονεκτήματα και των δύο επιδράσεων. Και για να αντισταθμίσει τις αδυναμίες και να επιτύχει συμπληρωματική ενσωμάτωση των πλεονεκτημάτων, είναι ένα ερευνητικό hotspot τα τελευταία χρόνια. Επιπλέον, η χρησιμοποίηση της εμφύτευσης ιόντων, της μηχανικής ζώνης και της μηχανικής των ελαττωμάτων είναι επίσης μια καλή επιλογή για την επίλυση της δυσκολίας ανίχνευσης του νιβικού λιθίου. Ωστόσο, λόγω της υψηλής δυσκολίας επεξεργασίας του Niobate του λιθίου, ο τομέας αυτός εξακολουθεί να αντιμετωπίζει μεγάλες προκλήσεις όπως η χαμηλή ολοκλήρωση, οι συσκευές απεικόνισης και τα συστήματα απεικόνισης συστοιχίας και η ανεπαρκής απόδοση, η οποία έχει μεγάλη ερευνητική αξία και χώρο.

Εικόνα 1, χρησιμοποιώντας τις καταστάσεις ενέργειας ελαττωμάτων εντός του LN Bandgap ως κέντρα δότη ηλεκτρονίων, παράγονται μεταφορείς ελεύθερης φόρτισης στη ζώνη αγωγιμότητας υπό ορατή διέγερση φωτός. Σε σύγκριση με τους προηγούμενους πυροτεχνικούς φωτοανιχνευτές LN, οι οποίοι συνήθως περιορίζονταν σε ταχύτητα απόκρισης περίπου 100Hz, αυτόΦωτοαναγωγικός φορέας LNέχει ταχύτερη ταχύτητα απόκρισης μέχρι 10kHz. Εν τω μεταξύ, σε αυτό το έργο, αποδείχθηκε ότι το Ln με ιόν μαγνησίου μπορεί να επιτύχει διαμόρφωση εξωτερικού φωτός με απόκριση μέχρι 10kHz. Αυτό το έργο προωθεί την έρευνα για την υψηλή απόδοση καιφωτοανιχνευτές LN υψηλής ταχύτηταςστην κατασκευή πλήρως λειτουργικών ενσωματωμένων φωτονικών τσιπς LN.
Συνοπτικά, ο τομέας της έρευνας τουφωτοανιχνευτές λιθίου λεπτής μεμβράνηςέχει σημαντική επιστημονική σημασία και τεράστιο δυναμικό πρακτικής εφαρμογής. Στο μέλλον, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας και την εμβάθυνση της έρευνας, θα αναπτυχθούν φωτοανιχνευτές λιθίου λεπτής ταινίας (LN) προς την υψηλότερη ολοκλήρωση. Ο συνδυασμός διαφορετικών μεθόδων ενσωμάτωσης για την επίτευξη υψηλής απόδοσης, γρήγορης απόκρισης και ευρυζωνικών ταινιών λιθίου Niobate φωτοανιχνευτών σε όλες τις πτυχές θα γίνει πραγματικότητα, η οποία θα προωθήσει σημαντικά την ανάπτυξη πεδίων ενσωμάτωσης και ευφυούς ανίχνευσης και θα παράσχει περισσότερες δυνατότητες για το Νέα γενιά εφαρμογών φωτονικής.