पातलो फिल्म लिथियम निओबेट (LN) फोटोडिटेक्टर

पातलो फिल्म लिथियम निओबेट (LN) फोटोडिटेक्टर

लिथियम निओबेट (LN) मा एक अद्वितीय क्रिस्टल संरचना र समृद्ध भौतिक प्रभावहरू छन्, जस्तै गैर-रेखीय प्रभावहरू, इलेक्ट्रो-अप्टिक प्रभावहरू, पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभावहरू, र पाइजोइलेक्ट्रिक प्रभावहरू। साथै, यसमा वाइडब्यान्ड अप्टिकल पारदर्शिता विन्डो र दीर्घकालीन स्थिरताका फाइदाहरू छन्। यी विशेषताहरूले LN लाई एकीकृत फोटोनिक्सको नयाँ पुस्ताको लागि एक महत्त्वपूर्ण प्लेटफर्म बनाउँछ। अप्टिकल उपकरणहरू र अप्टोइलेक्ट्रोनिक प्रणालीहरूमा, LN का विशेषताहरूले समृद्ध कार्यहरू र प्रदर्शन प्रदान गर्न सक्छन्, अप्टिकल सञ्चार, अप्टिकल कम्प्युटिङ, र अप्टिकल सेन्सिङ क्षेत्रहरूको विकासलाई बढावा दिन्छ। यद्यपि, लिथियम निओबेटको कमजोर अवशोषण र इन्सुलेशन गुणहरूको कारण, लिथियम निओबेटको एकीकृत अनुप्रयोगले अझै पनि कठिन पत्ता लगाउने समस्याको सामना गरिरहेको छ। हालका वर्षहरूमा, यस क्षेत्रमा रिपोर्टहरूमा मुख्यतया वेभगाइड एकीकृत फोटोडिटेक्टरहरू र हेटेरोजंक्शन फोटोडिटेक्टरहरू समावेश छन्।
लिथियम निओबेटमा आधारित वेभगाइड एकीकृत फोटोडिटेक्टर सामान्यतया अप्टिकल कम्युनिकेसन सी-ब्यान्ड (१५२५-१५६५nm) मा केन्द्रित हुन्छ। प्रकार्यको हिसाबले, LN ले मुख्यतया निर्देशित तरंगहरूको भूमिका खेल्छ, जबकि अप्टोइलेक्ट्रोनिक पत्ता लगाउने कार्य मुख्यतया सिलिकन, III-V समूह साँघुरो ब्यान्डग्याप अर्धचालकहरू, र दुई-आयामी सामग्रीहरू जस्ता अर्धचालकहरूमा निर्भर गर्दछ। यस्तो वास्तुकलामा, प्रकाश कम हानिको साथ लिथियम निओबेट अप्टिकल तरंगगाइडहरू मार्फत प्रसारित हुन्छ, र त्यसपछि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावहरू (जस्तै फोटोकन्डक्टिभिटी वा फोटोभोल्टिक प्रभावहरू) मा आधारित अन्य अर्धचालक सामग्रीहरू द्वारा अवशोषित गरिन्छ जसले वाहक सांद्रता बढाउँछ र यसलाई आउटपुटको लागि विद्युतीय संकेतहरूमा रूपान्तरण गर्दछ। फाइदाहरू उच्च अपरेटिङ ब्यान्डविथ (~GHz), कम अपरेटिङ भोल्टेज, सानो आकार, र फोटोनिक चिप एकीकरणसँग अनुकूलता हुन्। यद्यपि, लिथियम निओबेट र अर्धचालक सामग्रीहरूको स्थानिय पृथकीकरणको कारण, यद्यपि तिनीहरू प्रत्येकले आफ्नै कार्यहरू गर्छन्, LN ले तरंगहरूलाई मार्गदर्शन गर्न मात्र भूमिका खेल्छ र अन्य उत्कृष्ट विदेशी गुणहरू राम्रोसँग प्रयोग गरिएको छैन। अर्धचालक सामग्रीहरूले फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरणमा मात्र भूमिका खेल्छन् र एकअर्कासँग पूरक युग्मनको अभाव हुन्छ, परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत सीमित अपरेटिङ ब्यान्ड हुन्छ। विशिष्ट कार्यान्वयनको सन्दर्भमा, प्रकाश स्रोतबाट लिथियम नियोबेट अप्टिकल वेभगाइडमा प्रकाशको युग्मनले महत्त्वपूर्ण हानि र कडा प्रक्रिया आवश्यकताहरूको परिणाम दिन्छ। थप रूपमा, युग्मन क्षेत्रमा अर्धचालक उपकरण च्यानलमा विकिरणित प्रकाशको वास्तविक अप्टिकल शक्ति क्यालिब्रेट गर्न गाह्रो छ, जसले यसको पत्ता लगाउने कार्यसम्पादनलाई सीमित गर्दछ।
परम्परागतफोटो डिटेक्टरहरूइमेजिङ अनुप्रयोगहरूको लागि प्रयोग गरिने सामान्यतया अर्धचालक सामग्रीहरूमा आधारित हुन्छन्। त्यसकारण, लिथियम निओबेटको लागि, यसको कम प्रकाश अवशोषण दर र इन्सुलेट गुणहरूले यसलाई निस्सन्देह फोटोडिटेक्टर अनुसन्धानकर्ताहरूले मन पराउँदैनन्, र यो क्षेत्रमा एक कठिन बिन्दु पनि हो। यद्यपि, हालका वर्षहरूमा हेटेरोजंक्शन प्रविधिको विकासले लिथियम निओबेट आधारित फोटोडिटेक्टरहरूको अनुसन्धानमा आशा ल्याएको छ। बलियो प्रकाश अवशोषण वा उत्कृष्ट चालकता भएका अन्य सामग्रीहरूलाई यसको कमजोरीहरूको क्षतिपूर्ति गर्न लिथियम निओबेटसँग विषम रूपमा एकीकृत गर्न सकिन्छ। एकै समयमा, यसको संरचनात्मक एनिसोट्रोपीको कारणले लिथियम निओबेटको सहज ध्रुवीकरण प्रेरित पाइरोइलेक्ट्रिक विशेषताहरूलाई प्रकाश विकिरण अन्तर्गत तापमा रूपान्तरण गरेर नियन्त्रण गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा अप्टोइलेक्ट्रोनिक पत्ता लगाउनको लागि पाइरोइलेक्ट्रिक विशेषताहरू परिवर्तन हुन्छन्। यो थर्मल प्रभावमा वाइडब्यान्ड र सेल्फ ड्राइभिङका फाइदाहरू छन्, र यसलाई अन्य सामग्रीहरूसँग राम्रोसँग पूरक र फ्यूज गर्न सकिन्छ। थर्मल र फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावहरूको सिंक्रोनस उपयोगले लिथियम निओबेट आधारित फोटोडिटेक्टरहरूको लागि नयाँ युग खोलेको छ, जसले उपकरणहरूलाई दुवै प्रभावहरूको फाइदाहरू संयोजन गर्न सक्षम बनाउँछ। र कमजोरीहरूको पूर्ति गर्न र फाइदाहरूको पूरक एकीकरण प्राप्त गर्न, यो हालका वर्षहरूमा एक अनुसन्धान हटस्पट हो। यसको अतिरिक्त, लिथियम निओबेट पत्ता लगाउने कठिनाइ समाधान गर्न आयन इम्प्लान्टेसन, ब्यान्ड इन्जिनियरिङ, र डिफेक्ट इन्जिनियरिङको प्रयोग पनि राम्रो विकल्प हो। यद्यपि, लिथियम निओबेटको उच्च प्रशोधन कठिनाइको कारण, यो क्षेत्रले अझै पनि कम एकीकरण, एरे इमेजिङ उपकरणहरू र प्रणालीहरू, र अपर्याप्त प्रदर्शन जस्ता ठूला चुनौतीहरूको सामना गर्दछ, जसमा ठूलो अनुसन्धान मूल्य र ठाउँ छ।

चित्र १, LN ब्यान्डग्याप भित्रको दोष ऊर्जा अवस्थाहरूलाई इलेक्ट्रोन दाता केन्द्रहरूको रूपमा प्रयोग गरेर, दृश्य प्रकाश उत्तेजना अन्तर्गत चालन ब्यान्डमा नि:शुल्क चार्ज वाहकहरू उत्पन्न हुन्छन्। अघिल्लो पाइरोइलेक्ट्रिक LN फोटोडिटेक्टरहरूको तुलनामा, जुन सामान्यतया लगभग १००Hz को प्रतिक्रिया गतिमा सीमित थिए, योLN फोटोडिटेक्टर१० किलोहर्ट्जसम्मको छिटो प्रतिक्रिया गति छ। यसैबीच, यस कार्यमा, यो प्रदर्शन गरिएको थियो कि म्याग्नेसियम आयन डोप गरिएको LN ले १० किलोहर्ट्जसम्मको प्रतिक्रियाको साथ बाह्य प्रकाश मोड्युलेसन प्राप्त गर्न सक्छ। यो कार्यले उच्च-प्रदर्शनमा अनुसन्धानलाई बढावा दिन्छ रउच्च गतिको LN फोटोडिटेक्टरहरूपूर्ण रूपमा कार्यात्मक एकल-चिप एकीकृत LN फोटोनिक चिप्सको निर्माणमा।
संक्षेपमा, अनुसन्धान क्षेत्रपातलो फिल्म लिथियम निओबेट फोटोडिटेक्टरहरूयसको महत्त्वपूर्ण वैज्ञानिक महत्त्व र विशाल व्यावहारिक प्रयोग क्षमता छ। भविष्यमा, प्रविधिको विकास र अनुसन्धानको गहिराइसँगै, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट (LN) फोटोडिटेक्टरहरू उच्च एकीकरणतर्फ विकसित हुनेछन्। उच्च-प्रदर्शन, द्रुत प्रतिक्रिया, र सबै पक्षहरूमा वाइडब्यान्ड पातलो फिल्म लिथियम निओबेट फोटोडिटेक्टरहरू प्राप्त गर्न विभिन्न एकीकरण विधिहरूको संयोजन वास्तविकतामा परिणत हुनेछ, जसले अन-चिप एकीकरण र बुद्धिमान सेन्सिङ क्षेत्रहरूको विकासलाई ठूलो मात्रामा प्रवर्द्धन गर्नेछ, र फोटोनिक्स अनुप्रयोगहरूको नयाँ पुस्ताको लागि थप सम्भावनाहरू प्रदान गर्नेछ।