Filamu nyembamba ya lithiamu niobate (LN) photodetector
Lithium niobate (LN) ina muundo wa kipekee wa fuwele na athari nyingi za kimwili, kama vile athari zisizo za mstari, athari za kielektroniki, athari za pyroelectric na athari za piezoelectric. Wakati huo huo, ina faida za dirisha la uwazi la macho ya upana na utulivu wa muda mrefu. Sifa hizi hufanya LN kuwa jukwaa muhimu kwa kizazi kipya cha picha zilizojumuishwa. Katika vifaa vya macho na mifumo ya optoelectronic, sifa za LN zinaweza kutoa utendaji mzuri na utendakazi, kukuza maendeleo ya mawasiliano ya macho, kompyuta ya macho, na nyanja za kuhisi. Hata hivyo, kutokana na ufyonzaji hafifu na sifa za insulation za lithiamu niobate, matumizi jumuishi ya lithiamu niobate bado inakabiliwa na tatizo la ugunduzi mgumu. Katika miaka ya hivi majuzi, ripoti katika uwanja huu hujumuisha vigunduzi vilivyojumuishwa vya waveguide na vigundua picha vya heterojunction.
Kigunduzi cha picha kilichojumuishwa cha waveguide kulingana na niobate ya lithiamu kawaida hulenga mawasiliano ya macho ya C-bendi (1525-1565nm). Kwa upande wa utendakazi, LN hutekeleza jukumu la mawimbi yanayoongozwa, ilhali kipengele cha ugunduzi wa optoelectronic hutegemea hasa semikondukta kama vile silikoni, halvledare nyembamba ya bandgap ya kikundi, na nyenzo za pande mbili. Katika usanifu kama huo, mwanga hupitishwa kupitia miongozo ya mawimbi ya lithiamu niobate yenye upotevu mdogo, na kisha kufyonzwa na vifaa vingine vya semiconductor kulingana na athari za fotoelectric (kama vile photoconductivity au athari za photovoltaic) ili kuongeza mkusanyiko wa carrier na kuibadilisha kuwa ishara za umeme kwa pato. Faida zake ni kipimo data cha juu cha uendeshaji (~GHz), voltage ya chini ya uendeshaji, saizi ndogo, na utangamano na muunganisho wa chipu za picha. Walakini, kwa sababu ya mgawanyiko wa anga wa vifaa vya lithiamu niobate na semiconductor, ingawa kila moja hufanya kazi zake, LN ina jukumu tu katika kuelekeza mawimbi na mali zingine bora za kigeni hazijatumiwa vizuri. Nyenzo za semicondukta huchangia tu katika ubadilishaji wa fotoelectric na kukosa muunganisho wa ziada, na hivyo kusababisha utepe mdogo wa uendeshaji. Kwa upande wa utekelezaji mahususi, kuunganishwa kwa mwanga kutoka chanzo cha mwanga hadi kwa mwongozo wa wimbi la macho wa lithiamu niobate husababisha hasara kubwa na mahitaji madhubuti ya mchakato. Kwa kuongeza, nguvu halisi ya macho ya mwanga iliyoangaziwa kwenye chaneli ya kifaa cha semiconductor katika eneo la kuunganisha ni vigumu kusawazisha, ambayo inazuia utendaji wake wa kutambua.
Ya jadivigunduzi vya pichakutumika kwa ajili ya maombi ya upigaji picha kwa kawaida hutegemea nyenzo za semiconductor. Kwa hivyo, kwa niobate ya lithiamu, kiwango chake cha chini cha kunyonya mwanga na mali ya kuhami huifanya bila shaka kuwa haipendekewi na watafiti wa mpiga picha, na hata hatua ngumu kwenye uwanja. Hata hivyo, maendeleo ya teknolojia ya heterojunction katika miaka ya hivi karibuni imeleta matumaini kwa utafiti wa vigunduzi vya msingi vya lithiamu niobate. Nyenzo zingine zenye ufyonzaji mkali wa mwanga au upitishaji bora zinaweza kuunganishwa kwa wingi na niobate ya lithiamu ili kufidia mapungufu yake. Wakati huo huo, ubaguzi wa hiari uliosababisha sifa za pyroelectric za niobate ya lithiamu kutokana na anisotropi yake ya kimuundo inaweza kudhibitiwa kwa kugeuza joto chini ya mionzi ya mwanga, na hivyo kubadilisha sifa za pyroelectric kwa ajili ya kugundua optoelectronic. Athari hii ya joto ina faida za ukanda mpana na uendeshaji wa kibinafsi, na inaweza kukamilishwa vizuri na kuunganishwa na vifaa vingine. Utumiaji wa usawazishaji wa athari za joto na umeme umefungua enzi mpya kwa vigundua picha vya lithiamu niobate, kuwezesha vifaa kuchanganya faida za athari zote mbili. Na ili kufidia mapungufu na kufikia ujumuishaji wa ziada wa faida, Ni sehemu kuu ya utafiti katika miaka ya hivi karibuni. Kwa kuongezea, utumiaji wa upandikizaji wa ioni, uhandisi wa bendi, na uhandisi wa kasoro pia ni chaguo nzuri kutatua ugumu wa kugundua niobate ya lithiamu. Hata hivyo, kutokana na ugumu wa juu wa uchakataji wa lithiamu niobate, uwanja huu bado unakabiliwa na changamoto kubwa kama vile muunganisho wa chini, vifaa na mifumo ya upigaji picha wa safu, na utendaji duni, ambao una thamani kubwa ya utafiti na nafasi.
Mchoro wa 1, kwa kutumia hali ya kasoro ya nishati ndani ya bendgap ya LN kama vituo vya wafadhili wa elektroni, vibebaji vya malipo ya bila malipo huzalishwa katika bendi ya upitishaji chini ya msisimko wa mwanga unaoonekana. Ikilinganishwa na vigunduzi vya awali vya pyroelectric LN, ambavyo kwa kawaida vilipunguzwa kwa kasi ya majibu ya karibu 100Hz, hiiKitambuzi cha picha cha LNina kasi ya majibu ya hadi 10kHz. Wakati huo huo, katika kazi hii, ilionyeshwa kuwa ioni ya magnesiamu iliyopunguzwa LN inaweza kufikia urekebishaji wa mwanga wa nje na majibu ya hadi 10kHz. Kazi hii inakuza utafiti juu ya utendaji wa juu navifaa vya kugundua picha vya kasi ya juu vya LNkatika ujenzi wa chipsi za picha za LN zinazofanya kazi kikamilifu.
Kwa muhtasari, uwanja wa utafiti wafilamu nyembamba ya lithiamu niobate photodetectorsina umuhimu muhimu wa kisayansi na uwezo mkubwa wa matumizi ya vitendo. Katika siku zijazo, pamoja na maendeleo ya teknolojia na kuongezeka kwa utafiti, filamu nyembamba za lithiamu niobate (LN) photodetectors zitakua kuelekea ushirikiano wa juu. Kuchanganya mbinu tofauti za ujumuishaji ili kufikia utendakazi wa hali ya juu, mwitikio wa haraka, na vitambuaji picha vya filamu nyembamba vya lithiamu niobate katika nyanja zote kutakuwa ukweli, ambao utakuza sana maendeleo ya ujumuishaji wa on-chip na nyanja za akili za kuhisi, na kutoa uwezekano zaidi kwa kizazi kipya cha programu za picha.
Muda wa kutuma: Feb-17-2025