薄膜niobate（LN）フォトセクター

薄膜niobate（LN）フォトセクター

ニオベートリチウム（LN）には、非線形効果、電気光学効果、極電気効果、圧電効果など、ユニークな結晶構造と豊富な物理的効果があります。同時に、広帯域の光学的透明性ウィンドウと長期的な安定性の利点があります。これらの特性により、LNは新世代の統合フォトニクスにとって重要なプラットフォームになります。光学装置と光電子システムでは、LNの特性が豊富な機能とパフォーマンスを提供し、光学通信、光学コンピューティング、光学センシングフィールドの開発を促進できます。ただし、ニオベートリチウムの吸収と断熱特性が弱いため、ニオベートリチウムの統合された応用は、依然として困難な検出の問題に直面しています。近年、この分野でのレポートには、主に導波路統合フォトセクターとヘテロ接合フォトセクターが含まれています。
ニオベートリチウムに基づく導波路統合フォトセクターは、通常、光学通信Cバンド（1525-1565NM）に焦点を合わせています。機能の観点から、LNは主に誘導波の役割を果たしますが、光電子検出機能は主にシリコン、III-Vグループ狭帯域半導体、2次元材料などの半導体に依存しています。このようなアーキテクチャでは、光は低損失のあるニオベート光学導波路リチウムを介して伝染し、その後、光電気効果（光伝導性や太陽光発電効果など）に基づいて他の半導体材料に吸収され、キャリア濃度を増加させ、出力のために電気信号に変換します。利点は、高動作帯域幅（〜GHz）、低動作電圧、小型、およびフォトニックチップ統合との互換性です。ただし、ニオベートリチウムと半導体材料の空間的分離により、それぞれ独自の機能を実行しますが、LNは波やその他の優れた異物の誘導においてのみ役割を果たしています。半導体材料は、光電変換にのみ役割を果たし、相互に相補的な結合を欠いているため、比較的限られたオペレーティングバンドが生じます。特定の実装の観点から、光源からニオベートリチウム光波路への光の結合により、重大な損失と厳密なプロセス要件が得られます。さらに、結合領域の半導体デバイスチャネルに照射された光の実際の光電力は、検出性能を制限する校正が困難です。
伝統光検出器イメージングアプリケーションに使用されるのは、通常、半導体材料に基づいています。したがって、niobateリチウムの場合、その低光吸収速度と断熱特性により、間違いなくフォトセクターの研究者が好まず、現場の困難なポイントでさえあります。しかし、近年のヘテロ接合技術の開発により、ニオベートベースのリチウムベースの光検出器の研究が希望をもたらしました。強い光吸収または優れた導電率を持つ他の材料は、その欠点を補うために、ニオベートリチウムと不均一に統合できます。同時に、その構造異方性のために自発的偏光誘導性ニオベートの浸透特性は、光照射下での熱に変換し、それによって光電子検出のための光電気特性を変化させることで制御できます。この熱効果には、ワイドバンドと自動運転の利点があり、他の材料で十分に補完され、融合することができます。熱および光電効果の同期利用により、ニオベートベースのリチウムベースの光検出器の新しい時代が開かれ、デバイスが両方の効果の利点を組み合わせることができます。そして、欠点を補い、利点の補完的な統合を達成するために、それは近年の研究ホットスポットです。さらに、イオン移植、バンドエンジニアリング、および欠陥エンジニアリングの利用も、ニオベートリチウムを検出することの難しさを解決するための良い選択です。ただし、Niobate Lithiumの処理が困難なため、この分野は、統合が低い、アレイイメージングデバイスとシステム、パフォーマンスが不十分で、優れた研究価値と空間を備えた不十分なパフォーマンスなどの大きな課題に直面しています。

図1は、LNバンドギャップ内の欠陥エネルギー状態を電子ドナーセンターとして使用して、目に見える光励起下で伝導帯に自由電荷キャリアが生成されます。通常、約100Hzの応答速度に限定されていた以前の浸透性LNフォトセクターと比較して、これはLNフォトセクター最大10kHzの応答速度が高速です。一方、この作業では、マグネシウムイオンドープLNが最大10kHzの応答で外部光変調を達成できることが実証されました。この研究は、高性能に関する研究を促進します高速LN光検出器完全に機能するシングルチップ統合LNフォトニックチップの構築において。
要約すると、の研究分野薄膜Niobate光検出器科学的に重要な重要性と巨大な実用的な応用の可能性があります。将来的には、技術の開発と研究の深化により、薄膜Niobate Lithium（LN）光検出器は、より高い統合に向けて発達します。さまざまな統合方法を組み合わせて、高性能、高速応答、および広帯域薄膜ニオベートフォトセクターリチウムをあらゆる面で実現することが現実になり、オンチップ統合とインテリジェントセンシングフィールドの開発を大いに促進し、より多くの可能性を提供し、より多くの可能性を提供します。新世代のフォトニクスアプリケーション。