فيلم رفيع للفيلم الليثيوم نيوبت (LN) كاشف ضوئي

فيلم رفيع للفيلم الليثيوم نيوبت (LN) كاشف ضوئي

يحتوي الليثيوم نيوبت (LN) على بنية بلورية فريدة من نوعها وتأثيرات مادية غنية ، مثل التأثيرات غير الخطية ، والآثار الكهربية البصرية ، والتأثيرات الكهروضوئية ، والتأثيرات الكهروضوئية. في الوقت نفسه ، يتمتع بمزايا نافذة الشفافية البصرية عريض النطاق والاستقرار على المدى الطويل. هذه الخصائص تجعل LN منصة مهمة للجيل الجديد من الضوئية المتكاملة. في الأجهزة البصرية والأنظمة الإلكترونية البصرية ، يمكن أن توفر خصائص LN وظائف وأداء غني ، وتعزيز تطوير التواصل البصري ، والحوسبة البصرية ، وحقول الاستشعار البصرية. ومع ذلك ، نظرًا لوجود خصائص الامتصاص والعزل الضعيفة لنيوبت الليثيوم ، لا يزال التطبيق المتكامل لنيوبت الليثيوم يواجه مشكلة الكشف الصعب. في السنوات الأخيرة ، تشمل التقارير الواردة في هذا المجال بشكل أساسي أجهزة الضوئية المتكاملة للدليل الموجي والكاشفات الضوئية غير المتجانسة.
عادةً ما يركز الكشف الضوئي المدمج على الدليل الموجي على الليثيوم النيوبات على النطاق C للاتصالات البصرية (1525-1565NM). من حيث الوظيفة ، تلعب LN بشكل رئيسي دور الموجات الموجهة ، في حين تعتمد وظيفة الكشف الإلكترونية البصرية بشكل أساسي على أشباه الموصلات مثل السيليكون ، مجموعة أشباه الموصلات الضيقة للخلايا ، والمواد ثنائية الأبعاد. في مثل هذه الهندسة المعمارية ، ينتقل الضوء من خلال أدلة الموجات البصرية الليثيوم مع فقدان منخفض ، ثم تمتصها مواد أشباه الموصلات الأخرى بناءً على تأثيرات كهروضوئية (مثل التأثيرات الضوئية أو التأثيرات الكهروضوئية) لزيادة تركيز الناقل وتحويلها إلى إشارات كهربائية للإنتاج. المزايا هي عرض النطاق الترددي العالي التشغيل (~ GHz) ، وجهد التشغيل المنخفض ، والحجم الصغير ، والتوافق مع تكامل الرقائق الضوئية. ومع ذلك ، نظرًا للفصل المكاني لمواد نيوبت الليثيوم ومواد أشباه الموصلات ، على الرغم من أنها تؤدي وظائفها الخاصة ، إلا أن LN يلعب دورًا في توجيه الأمواج وغيرها من الخصائص الأجنبية الممتازة. تلعب مواد أشباه الموصلات فقط دورًا في التحويل الكهروضوئي وتفتقر إلى الاقتران التكميلي مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى نطاق تشغيل محدود نسبيًا. من حيث التنفيذ المحدد ، يؤدي اقتران الضوء من مصدر الضوء إلى دليل الموجة البصرية الليثيوم نيوبت إلى خسائر كبيرة ومتطلبات عملية صارمة. بالإضافة إلى ذلك ، يصعب معايرة الطاقة البصرية الفعلية للضوء على قناة جهاز أشباه الموصلات في منطقة الاقتران ، مما يحد من أداء الكشف.
التقليديةالكاكبات الضوئيةتستخدم عادة لتطبيقات التصوير على مواد أشباه الموصلات. لذلك ، بالنسبة لنيوبت الليثيوم ، فإن معدل امتصاص الضوء المنخفض وخصائص العزل يجعله بلا شك غير مفضل من قبل الباحثين الكاشفات الضوئية ، وحتى نقطة صعبة في هذا المجال. ومع ذلك ، فإن تطوير تكنولوجيا غير متجانسة في السنوات الأخيرة جلب الأمل في البحث عن أجهزة الضوئية التي تعتمد على الليثيوم نيوبت. يمكن دمج المواد الأخرى ذات الامتصاص القوي للضوء أو الموصلية الممتازة بشكل غير متجانس مع نيوبت الليثيوم للتعويض عن أوجه القصور. في الوقت نفسه ، يمكن التحكم في الخصائص الكهروضوئية التي تسببها الاستقطاب التلقائي في الليثيوم بسبب تباينه الهيكلي عن طريق التحويل إلى الحرارة تحت تشعيع الضوء ، وبالتالي تغيير الخصائص الكهروإجهادية للكشف الإلكترونية. هذا التأثير الحراري له مزايا النطاق العريض والقيادة الذاتية ، ويمكن أن يكون مكملاً جيدًا ودمجه مع مواد أخرى. لقد فتح الاستخدام المتزامن للتأثيرات الحرارية والكهربائية حقبة جديدة لمجموعات الضوئيات الضوئية القائمة على نيثيوم ، مما يتيح الأجهزة من الجمع بين مزايا كلا التأثيرتين. ولتعويض عن أوجه القصور وتحقيق التكامل التكميلي للمزايا ، فهي نقطة ساخنة للبحث في السنوات الأخيرة. بالإضافة إلى ذلك ، يعد استخدام زراعة أيون وهندسة النطاق وهندسة العيوب خيارًا جيدًا لحل صعوبة اكتشاف نيوبت الليثيوم. ومع ذلك ، نظرًا لصعوبة المعالجة العالية لنيوبات الليثيوم ، لا يزال هذا المجال يواجه تحديات كبيرة مثل الاندماج المنخفض وأجهزة التصوير والأنظمة ، وعدم كفاية الأداء ، الذي له قيمة بحثية رائعة.

الشكل 1 ، باستخدام حالات طاقة العيوب داخل فجوة النطاق LN كمراكز للمانحين للإلكترون ، يتم إنشاء شركات الشحن المجانية في نطاق التوصيل تحت الإثارة المرئية. بالمقارنة مع أجهزة الكشف الضوئية LN الكهروضوئية السابقة ، والتي كانت عادة ما تقتصر على سرعة استجابة تبلغ حوالي 100 هرتز ، هذاLN PhotoDetectorلديه سرعة استجابة أسرع تصل إلى 10 كيلو هرتز. وفي الوقت نفسه ، في هذا العمل ، ثبت أن أيون المغنيسيوم المخدر يمكن أن يحقق تعديل الضوء الخارجي مع استجابة تصل إلى 10 كيلو هرتز. هذا العمل يعزز البحث عن الأداء العالي وعالي السرعة LN الضوئيةفي بناء رقائق LN المتكاملة LN المتكاملة.
باختصار ، مجال البحثفيلم رفيع للفيلم الليثيوم niobateله أهمية علمية مهمة وإمكانية تطبيق عملية هائلة. في المستقبل ، مع تطور التكنولوجيا وتعميق الأبحاث ، ستتطور أجهزة الضوئيات الضوئية الليثيوم النيووبات الرقيقة (LN) نحو التكامل العالي. إن الجمع بين طرق التكامل المختلفة لتحقيق الأداء العالي ، والاستجابة السريعة ، والأفلام الرقيقة النطاق الليثيوم الليثيوم ، سيصبح كاشفات ضوئية في جميع الجوانب حقيقة ، مما سيعزز بشكل كبير تطور التكامل على الرقاقة ومجالات الاستشعار الذكية ، ويوفر المزيد من الاحتمالات ل الجيل الجديد من تطبيقات الضوئية.