Fotodetector de litio de película delgada (LN)
El niobato de litio (LN) tiene una estructura cristalina única y ricos efectos físicos, como efectos no lineales, efectos electroópticos, efectos piroeléctricos y efectos piezoeléctricos. Al mismo tiempo, tiene las ventajas de la ventana de transparencia óptica de banda ancha y la estabilidad a largo plazo. Estas características hacen de LN una plataforma importante para la nueva generación de fotónicas integradas. En dispositivos ópticos y sistemas optoelectrónicos, las características de LN pueden proporcionar funciones y rendimiento ricos, promoviendo el desarrollo de comunicación óptica, computación óptica y campos de detección óptica. Sin embargo, debido a las propiedades débiles de absorción y aislamiento del niobato de litio, la aplicación integrada de niobato de litio aún enfrenta el problema de la detección difícil. En los últimos años, los informes en este campo incluyen principalmente fotodetectores integrados de guía de onda y fotodetectores de heterounión.
El fotodetector integrado de guía de onda basado en el niobato de litio generalmente se centra en la banda C de comunicación óptica (1525-1565 nm). En términos de función, LN desempeña principalmente el papel de las ondas guiadas, mientras que la función de detección optoelectrónica se basa principalmente en semiconductores como el silicio, los semiconductores de banda estrechos del grupo III-V y los materiales bidimensionales. En dicha arquitectura, la luz se transmite a través de guías de onda ópticas de litio niobato con baja pérdida, y luego se absorbe por otros materiales semiconductores en función de los efectos fotoeléctricos (como la fotoconductividad o los efectos fotovoltaicos) para aumentar la concentración de portadores y convertirlo en señales eléctricas para la salida. Las ventajas son un alto ancho de banda operativo (~ GHz), bajo voltaje de funcionamiento, pequeño tamaño y compatibilidad con la integración de chips fotónicos. Sin embargo, debido a la separación espacial de los materiales de litio niobato y semiconductores, aunque cada uno realiza sus propias funciones, LN solo juega un papel en las ondas de guía y otras excelentes propiedades extranjeras no se han utilizado bien. Los materiales semiconductores solo juegan un papel en la conversión fotoeléctrica y carecen de acoplamiento complementario entre sí, lo que resulta en una banda operativa relativamente limitada. En términos de implementación específica, el acoplamiento de la luz de la fuente de luz a la guía de onda óptica de litio niobato da como resultado pérdidas significativas y requisitos estrictos de proceso. Además, la potencia óptica real de la luz irradiada en el canal del dispositivo semiconductor en la región de acoplamiento es difícil de calibrar, lo que limita su rendimiento de detección.
El tradicionalfotodetectoresSe utiliza para aplicaciones de imágenes generalmente se basan en materiales semiconductores. Por lo tanto, para el niobato de litio, su baja tasa de absorción de luz y propiedades aislantes lo hacen indudablemente no favorecido por los investigadores de fotodetores, e incluso un punto difícil en el campo. Sin embargo, el desarrollo de la tecnología de heterounión en los últimos años ha traído esperanza a la investigación de fotodetectores de litio basados en niobato. Otros materiales con una fuerte absorción de luz o excelente conductividad pueden integrarse heterogéneamente con el niobato de litio para compensar sus deficiencias. Al mismo tiempo, las características piroeléctricas inducidas por polarización espontánea del niobato de litio debido a su anisotropía estructural se pueden controlar convirtiendo al calor bajo irradiación de la luz, cambiando así las características piroeléctricas para la detección optoelectónica. Este efecto térmico tiene las ventajas de la banda ancha y la autogestión, y puede estar bien complementada y fusionada con otros materiales. La utilización sincrónica de los efectos térmicos y fotoeléctricos ha abierto una nueva era para los fotodetectores basados en niobato de litio, lo que permite a los dispositivos combinar las ventajas de ambos efectos. Y para compensar las deficiencias y lograr la integración complementaria de ventajas, es un punto de acceso de investigación en los últimos años. Además, la utilización de la implantación de iones, la ingeniería de bandas e ingeniería de defectos también es una buena opción para resolver la dificultad de detectar el niobato de litio. Sin embargo, debido a la alta dificultad de procesamiento del niobato de litio, este campo aún enfrenta grandes desafíos, como baja integración, dispositivos y sistemas de imágenes de matriz, y rendimiento insuficiente, que tiene un gran valor de investigación y espacio.
La Figura 1, utilizando los estados de energía de defecto dentro del BandGAP LN como centros de donantes de electrones, se generan portadores de carga libre en la banda de conducción bajo excitación de luz visible. En comparación con los fotodetectores de LN piroeléctricos anteriores, que generalmente se limitaban a una velocidad de respuesta de alrededor de 100Hz, estoFotodetector LNtiene una velocidad de respuesta más rápida de hasta 10 kHz. Mientras tanto, en este trabajo, se demostró que LN dopado con iones de magnesio puede lograr una modulación de luz externa con una respuesta de hasta 10 kHz. Este trabajo promueve la investigación sobre el alto rendimiento yfotodetectores LN de alta velocidaden la construcción de chips fotónicos LN integrados de un solo chip completamente funcionales.
En resumen, el campo de investigación deFotodetectores de litio de litio delgadotiene un significado científico importante y un enorme potencial de aplicación práctica. En el futuro, con el desarrollo de la tecnología y la profundización de la investigación, los fotodetectores de litio de litio de película delgada (LN) se desarrollarán para una mayor integración. La combinación de diferentes métodos de integración para lograr los fotodetectores de niobato de litio de película delgada de alto rendimiento, respuesta rápida y de película ancha en todos los aspectos, lo que promoverá en gran medida el desarrollo de la integración en chip y los campos de detección inteligente, y proporcionará más posibilidades para las nueva generación de aplicaciones fotónicas.
Tiempo de publicación: Feb-17-2025