Фотодетектори литий ниобати (LN).

Фотодетектори литий ниобати (LN).

Ниобати литий (LN) дорои сохтори беназири кристаллӣ ва эффектҳои физикии бой, аз қабили эффектҳои ғайрихаттӣ, эффектҳои электро-оптикӣ, эффектҳои пироэлектрикӣ ва эффектҳои пьезоэлектрикӣ мебошад. Дар баробари ин, он дорои бартариҳои равзанаи шаффофияти оптикии васеъ ва устувории дарозмуддат мебошад. Ин хусусиятҳо LN-ро платформаи муҳим барои насли нави фотоникаи ҳамгирошуда месозанд. Дар дастгоҳҳои оптикӣ ва системаҳои оптикӣ, хусусиятҳои LN метавонад функсияҳо ва иҷрои бойро таъмин кунад, ки ба рушди алоқаи оптикӣ, ҳисобкунии оптикӣ ва соҳаҳои ҳассосии оптикӣ мусоидат кунад. Бо вуҷуди ин, аз сабаби заифии ҷаббида ва изолятсияи ниобати литий, истифодаи интегралии ниобати литий то ҳол бо мушкилоти ошкоркунии душвор рӯбарӯ аст. Дар солҳои охир, гузоришҳо дар ин соҳа асосан фотодетекторҳои интегралии мавҷи мавҷ ва фотодетекторҳои гетероидкуниро дар бар мегиранд.
Фотодетектори ҳамгирошудаи мавҷи мавҷ дар асоси ниобати литий одатан ба алоқаи оптикии C-банд (1525-1565нм) нигаронида шудааст. Аз нуқтаи назари функсия, LN асосан нақши мавҷҳои ҳидоятшавандаро мебозад, дар ҳоле ки функсияи муайянкунии оптоэлектронӣ асосан ба нимноқилҳо ба монанди кремний, нимноқилҳои танги гурӯҳи III-V ва маводи дученака такя мекунад. Дар чунин меъморӣ рӯшноӣ тавассути мавҷҳои оптикии литий ниобат бо талафоти кам интиқол дода мешавад ва сипас аз ҷониби дигар маводи нимноқил дар асоси эффектҳои фотоэлектрикӣ (масалан, фотоэлектронӣ ё эффектҳои фотоэлектрикӣ) ҷаббида мешавад, то консентратсияи интиқолдиҳандаро зиёд кунад ва онро ба сигналҳои электрикӣ барои баромад табдил диҳад. Афзалиятҳо маҷрои баланди корӣ (~ ГГц), шиддати пасти корӣ, андозаи хурд ва мутобиқат бо ҳамгироии чипи фотоникӣ мебошанд. Бо вуҷуди ин, аз сабаби ҷудошавии фазоии ниобати литий ва маводи нимноқил, гарчанде ки ҳар кадоми онҳо вазифаҳои худро иҷро мекунанд, LN танҳо дар роҳнамоии мавҷҳо нақш мебозад ва дигар хосиятҳои олии хориҷӣ хуб истифода нашудаанд. Маводҳои нимноқил танҳо дар табдили фотоэлектрикӣ нақш мебозанд ва бо ҳамдигар пайвастагии иловагӣ надоранд, ки дар натиҷа як банди нисбатан маҳдуди корӣ ба вуҷуд меояд. Дар робита ба татбиқи мушаххас, пайваст кардани нур аз манбаи рӯшноӣ ба мавҷи оптикии литий ниобат боиси талафоти назаррас ва талаботи қатъии раванд мегардад. Илова бар ин, қувваи воқеии оптикии нуре, ки ба канали дастгоҳи нимноқилӣ дар минтақаи пайвастшавӣ шуоъ карда мешавад, калибровка кардан душвор аст, ки кори муайянкунии онро маҳдуд мекунад.
Анъанавӣфотодетекторхобарои барномаҳои тасвирӣ истифода мешаванд, одатан ба маводи нимноқил асос ёфтаанд. Аз ин рӯ, барои ниобати литий, сатҳи пасти азхудкунии нур ва хосиятҳои изолятсионии он, бешубҳа, онро муҳаққиқони фотодетектор дӯст намедоранд ва ҳатто як нуқтаи душвор дар соҳа. Бо вуҷуди ин, рушди технологияи гетероидҷӣ дар солҳои охир ба тадқиқоти фотодетекторҳои ниобати литий умед бахшид. Дигар маводҳо бо ҷабби нури қавӣ ё гузаронандагии аъло метавонанд ба таври гетерогенӣ бо ниобати литий муттаҳид карда шаванд, то камбудиҳои онро ҷуброн кунанд. Ҳамзамон, поляризатсияи стихиявии ба вуҷуд омадаи хосиятҳои пироэлектрикии ниобати литий аз сабаби анизотропияи сохтории он метавонад тавассути табдил ба гармӣ дар зери шуоъҳои рӯшноӣ идора карда шавад ва ба ин васила хусусиятҳои пироэлектрикӣ барои муайянкунии оптоэлектронӣ тағир дода шавад. Ин эффекти гармидиҳӣ бартариҳои рондани фарохмаҷро ва худидоракуниро дорад ва онро бо дигар маводҳо хуб мукаммал ва омехта кардан мумкин аст. Истифодаи синхронии эффектҳои гармӣ ва фотоэлектрикӣ давраи навро барои фотодетекторҳои ниобатии литий кушода, ба дастгоҳҳо имкон медиҳад, ки бартариҳои ҳарду эффектро муттаҳид кунанд. Ва барои ҷуброн кардани камбудиҳо ва ноил шудан ба ҳамгироии пурраи бартариҳо, Ин як нуқтаи доғи таҳқиқот дар солҳои охир аст. Илова бар ин, истифодаи имплантатсияи ион, муҳандисии банд ва муҳандисии камбудиҳо инчунин интихоби хуб барои ҳалли мушкилоти ошкор кардани ниобати литий мебошад. Бо вуҷуди ин, аз сабаби мушкилоти баланди коркарди ниобати литий, ин соҳа то ҳол бо мушкилоти бузург, аз қабили ҳамгироии паст, дастгоҳҳо ва системаҳои массивии тасвирӣ ва иҷрои нокифоя рӯбарӯ аст, ки арзиши тадқиқотӣ ва фазои бузурги илмӣ дорад.

Тасвири 1, бо истифода аз ҳолатҳои энергетикии нуқсон дар дохили бандҳои LN ҳамчун марказҳои донорҳои электронӣ, интиқолдиҳандагони зарядҳои озод дар банди ноқилӣ дар зери ҳаяҷонбахши нури намоён тавлид мешаванд. Дар муқоиса бо фотодетекторҳои қаблии пироэлектрикии LN, ки маъмулан бо суръати вокуниши тақрибан 100 Гц маҳдуд мешуданд, инФотодетектор LNсуръати вокуниши тезтар то 10 кГц дорад. Дар ҳамин ҳол, дар ин кор нишон дода шудааст, ки LN-и ионҳои магний бо вокуниши то 10 кГц метавонад модуляцияи нури беруна ба даст орад. Ин кор ба ривочи тадкикот оид ба самараи баланд вафотодетекторҳои баландсуръати LNдар сохтани микросхемаҳои пурраи як-чипи интегралӣ LN фотоникӣ.
Хулоса, соҳаи тадқиқотифотодетекторхои плёнкаи тунуки ниобатии литийахамияти калони илмй ва потенциали бузурги амалй дорад. Дар оянда, бо рушди технология ва амиқтар шудани тадқиқот, фотодетекторҳои литий ниобати (LN) ба сӯи ҳамгироии баландтар инкишоф хоҳанд ёфт. Якҷоя кардани усулҳои гуногуни ҳамгироӣ барои ба даст овардани ҳосилнокии баланд, аксуламали зуд ва фотодетекторҳои литий ниобатии филми тунук дар ҳама ҷиҳат ба воқеият табдил меёбад, ки ба рушди ҳамгироии чипҳо ва майдонҳои ҳассосии интеллектуалӣ мусоидат мекунад ва барои насли нави барномаҳои фотоникӣ имкониятҳои бештар фароҳам меорад.