Фотодетектори ниобати литий плёнкаи тунук (LN)
Ниобати литий (LN) дорои сохтори беназири кристаллӣ ва таъсири бойи физикӣ, аз қабили таъсири ғайрихаттӣ, таъсири электрооптикӣ, таъсири пироэлектрикӣ ва таъсири пьезоэлектрикӣ мебошад. Дар айни замон, он бартариҳои равзанаи шаффофияти оптикии васеъбасомад ва устувории дарозмуддатро дорад. Ин хусусиятҳо LN-ро ба платформаи муҳим барои насли нави фотоникаи интегралӣ табдил медиҳанд. Дар дастгоҳҳои оптикӣ ва системаҳои оптоэлектронӣ, хусусиятҳои LN метавонанд функсияҳо ва самаранокии бойро таъмин кунанд ва рушди алоқаи оптикӣ, ҳисоббарории оптикӣ ва майдонҳои ҳассосияти оптикиро мусоидат кунанд. Аммо, аз сабаби хосиятҳои сусти 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 мавҷгир ва фотодетекторҳои гетерогузарро дар бар мегиранд.
Фотодетектори ҳамгирошудаи мавҷгир, ки ба ниобати литий асос ёфтааст, одатан ба банди C-и алоқаи оптикӣ (1525-1565 нм) нигаронида шудааст. Аз ҷиҳати вазифа, LN асосан нақши мавҷҳои роҳнаморо мебозад, дар ҳоле ки вазифаи ошкоркунии оптоэлектронӣ асосан ба нимноқилҳо, ба монанди кремний, нимноқилҳои банди танг дар гурӯҳи III-V ва маводҳои дученака такя мекунад. Дар чунин меъморӣ, рӯшноӣ тавассути мавҷгирҳои оптикии ниобати литий бо талафоти кам интиқол дода мешавад ва сипас аз ҷониби дигар маводҳои нимноқил, ки ба эффектҳои фотоэлектрикӣ (масалан, фотогузаронандагӣ ё эффектҳои фотоэлектрикӣ) асос ёфтаанд, ҷаббида мешавад, то консентратсияи интиқолдиҳандаро афзоиш диҳад ва онро ба сигналҳои электрикӣ барои баромад табдил диҳад. Бартариятҳо инҳоянд: паҳнои баланди банди корӣ (~GHz), шиддати пасти корӣ, андозаи хурд ва мутобиқат бо ҳамгироии чипи фотонӣ. Аммо, аз сабаби ҷудошавии фазоии ниобати литий ва маводҳои нимноқил, гарчанде ки ҳар кадоми онҳо вазифаҳои худро иҷро мекунанд, LN танҳо дар мавҷҳои роҳнамо нақш мебозад ва дигар хосиятҳои аълои хориҷӣ хуб истифода нашудаанд. Маводҳои нимноқил танҳо дар табдили фотоэлектрикӣ нақш мебозанд ва бо ҳамдигар пайвастагии мукаммал надоранд, ки боиси пайдоиши банди амалиётии нисбатан маҳдуд мегардад. Аз нигоҳи татбиқи мушаххас, пайвастшавии нур аз манбаи рӯшноӣ ба мавҷгири оптикии ниобати литий боиси талафоти назаррас ва талаботи қатъии раванд мегардад. Илова бар ин, калибрченкунии қувваи воқеии нуре, ки ба канали дастгоҳи нимноқилӣ дар минтақаи пайвастшавӣ нур мепошад, душвор аст, ки ин самаранокии ошкоркунии онро маҳдуд мекунад.
АнъанавӣфотодетекторхоОнҳое, ки барои барномаҳои тасвирӣ истифода мешаванд, одатан ба маводҳои нимноқил асос ёфтаанд. Аз ин рӯ, барои ниобати литий, суръати пасти ҷабби нур ва хосиятҳои изолятсионии он, бешубҳа, онро аз ҷониби муҳаққиқони фотодетекторҳо писандида намешавад ва ҳатто як нуқтаи душвор дар ин соҳа мебошад. Бо вуҷуди ин, рушди технологияи гетероҷунсия дар солҳои охир ба таҳқиқоти фотодетекторҳои ниобати литий умед бахшид. Маводҳои дигар бо ҷабби қавии нур ё гузаронандагии аъло метавонанд бо ниобати литий ба таври гетерогенӣ муттаҳид карда шаванд, то камбудиҳои онро ҷуброн кунанд. Дар айни замон, хусусиятҳои пироэлектрикии ниобати литий, ки аз сабаби поляризатсияи худсарона ба вуҷуд омадаанд, аз сабаби анизотропияи сохтории он, метавонанд тавассути табдил додан ба гармӣ дар зери нури нур назорат карда шаванд ва бо ин васила хусусиятҳои пироэлектрикиро барои ошкоркунии оптоэлектронӣ тағйир диҳанд. Ин таъсири гармӣ бартариҳои паҳнбасомад ва худгардӣ дорад ва метавонад бо дигар маводҳо хуб пурра ва омехта карда шавад. Истифодаи ҳамзамони эффектҳои гармӣ ва фотоэлектрикӣ барои фотодетекторҳои ниобати литий давраи наверо боз кард, ки ба дастгоҳҳо имкон медиҳад, ки бартариҳои ҳарду таъсирро муттаҳид кунанд. Ва барои ҷуброни камбудиҳо ва ба даст овардани ҳамгироии мукаммали бартариҳо, он дар солҳои охир як нуқтаи тадқиқоти гарм аст. Илова бар ин, истифодаи имплантатсияи ионҳо, муҳандисии бандҳо ва муҳандисии нуқсонҳо низ интихоби хубест барои ҳалли мушкилоти ошкор кардани ниобати литий. Аммо, аз сабаби душвории баланди коркарди ниобати литий, ин соҳа то ҳол бо мушкилоти бузурге ба монанди ҳамгироии паст, дастгоҳҳо ва системаҳои тасвирии массив ва нокифоя будани самаранокӣ рӯбарӯ аст, ки арзиши бузурги тадқиқотӣ ва фазои васеъ дорад.
Дар расми 1, бо истифода аз ҳолатҳои энергияи нуқсон дар дохили фосилаи банди LN ҳамчун марказҳои донори электронӣ, интиқолдиҳандагони заряди озод дар банди ноқилӣ таҳти ангезиши нури намоён тавлид мешаванд. Дар муқоиса бо фотодетекторҳои LN-и пироэлектрикии қаблӣ, ки одатан бо суръати вокуниши тақрибан 100 Гц маҳдуд буданд, инФотодетектори LNсуръати вокуниши тезтар то 10 кГц дорад. Дар айни замон, дар ин кор нишон дода шуд, ки LN бо ионҳои магний легиршуда метавонад бо вокуниши то 10 кГц ба модулятсияи берунаи рӯшноӣ ноил гардад. Ин кор таҳқиқотро дар бораи баландсифат вафотодетекторҳои LN-и баландсуръатдар сохтани чипҳои фотонии LN-и якчипии пурра функсионалӣ.
Хулоса, соҳаи тадқиқотифотодетекторҳои ниобати литий плёнкаи тунукдорои аҳамияти муҳими илмӣ ва потенсиали бузурги татбиқи амалӣ мебошад. Дар оянда, бо рушди технология ва амиқтар шудани таҳқиқот, фотодетекторҳои ниобати литийи тунук (LN) ба самти ҳамгироии баландтар рушд хоҳанд кард. Якҷоя кардани усулҳои гуногуни ҳамгироӣ барои ноил шудан ба фотодетекторҳои ниобати литийи тунук дар ҳама ҷанбаҳо ба воқеият табдил хоҳад ёфт, ки рушди ҳамгироии рӯи чип ва соҳаҳои ҳассосияти интеллектуалиро ба таври назаррас афзоиш медиҳад ва барои насли нави барномаҳои фотоникӣ имкониятҳои бештар фароҳам меорад.
Вақти нашр: 17 феврали соли 2025