थिन फिल्म लिथियम निओबेट (LN) फोटोडिटेक्टर

थिन फिल्म लिथियम निओबेट (LN) फोटोडिटेक्टर

लिथियम निओबेट (LN) मध्ये एक अद्वितीय क्रिस्टल रचना आणि समृद्ध भौतिक प्रभाव आहेत, जसे की नॉनलाइनर इफेक्ट्स, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक इफेक्ट्स, पायरोइलेक्ट्रिक इफेक्ट्स आणि पायझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट्स. त्याच वेळी, त्याचे वाइडबँड ऑप्टिकल पारदर्शकता विंडो आणि दीर्घकालीन स्थिरतेचे फायदे आहेत. ही वैशिष्ट्ये LN ला एकात्मिक फोटोनिक्सच्या नवीन पिढीसाठी एक महत्त्वाचे व्यासपीठ बनवतात. ऑप्टिकल डिव्हाइसेस आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टममध्ये, LN ची वैशिष्ट्ये समृद्ध कार्ये आणि कार्यक्षमता प्रदान करू शकतात, ज्यामुळे ऑप्टिकल कम्युनिकेशन, ऑप्टिकल संगणन आणि ऑप्टिकल सेन्सिंग फील्डच्या विकासाला चालना मिळते. तथापि, लिथियम निओबेटच्या कमकुवत शोषण आणि इन्सुलेशन गुणधर्मांमुळे, लिथियम निओबेटच्या एकात्मिक अनुप्रयोगाला अजूनही कठीण शोधण्याच्या समस्येचा सामना करावा लागतो. अलिकडच्या वर्षांत, या क्षेत्रातील अहवालांमध्ये प्रामुख्याने वेव्हगाइड इंटिग्रेटेड फोटोडिटेक्टर आणि हेटेरोजंक्शन फोटोडिटेक्टर यांचा समावेश आहे.
लिथियम निओबेटवर आधारित वेव्हगाइड इंटिग्रेटेड फोटोडिटेक्टर सहसा ऑप्टिकल कम्युनिकेशन सी-बँड (१५२५-१५६५nm) वर केंद्रित असतो. फंक्शनच्या बाबतीत, LN प्रामुख्याने गाईडेड वेव्हजची भूमिका बजावते, तर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिटेक्शन फंक्शन प्रामुख्याने सिलिकॉन, III-V ग्रुप नॅरो बँडगॅप सेमीकंडक्टर आणि द्विमितीय मटेरियल सारख्या सेमीकंडक्टरवर अवलंबून असते. अशा आर्किटेक्चरमध्ये, कमी नुकसानासह लिथियम निओबेट ऑप्टिकल वेव्हगाइड्सद्वारे प्रकाश प्रसारित केला जातो आणि नंतर फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट्स (जसे की फोटोकंडक्टिव्हिटी किंवा फोटोव्होल्टेइक इफेक्ट्स) वर आधारित इतर सेमीकंडक्टर मटेरियलद्वारे शोषला जातो जेणेकरून कॅरियर एकाग्रता वाढेल आणि आउटपुटसाठी इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित होईल. फायदे म्हणजे उच्च ऑपरेटिंग बँडविड्थ (~GHz), कमी ऑपरेटिंग व्होल्टेज, लहान आकार आणि फोटोनिक चिप इंटिग्रेशनसह सुसंगतता. तथापि, लिथियम निओबेट आणि सेमीकंडक्टर मटेरियलच्या स्थानिक पृथक्करणामुळे, जरी ते प्रत्येकी स्वतःचे कार्य करतात, तरी LN फक्त मार्गदर्शक लहरींमध्ये भूमिका बजावते आणि इतर उत्कृष्ट परदेशी गुणधर्मांचा चांगला वापर केला गेला नाही. सेमीकंडक्टर मटेरियल केवळ फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरणात भूमिका बजावतात आणि एकमेकांशी पूरक जोडणीचा अभाव असतो, परिणामी तुलनेने मर्यादित ऑपरेटिंग बँड बनतो. विशिष्ट अंमलबजावणीच्या बाबतीत, प्रकाश स्रोतापासून लिथियम निओबेट ऑप्टिकल वेव्हगाइडशी प्रकाशाचे जोडणी केल्याने लक्षणीय नुकसान होते आणि प्रक्रिया आवश्यकता कठोर होतात. याव्यतिरिक्त, कपलिंग प्रदेशातील सेमीकंडक्टर डिव्हाइस चॅनेलवर विकिरणित होणाऱ्या प्रकाशाची वास्तविक ऑप्टिकल शक्ती कॅलिब्रेट करणे कठीण आहे, ज्यामुळे त्याचे शोध कार्यप्रदर्शन मर्यादित होते.
पारंपारिकफोटोडिटेक्टरइमेजिंग अनुप्रयोगांसाठी वापरले जाणारे पदार्थ सहसा अर्धवाहक पदार्थांवर आधारित असतात. म्हणूनच, लिथियम निओबेटसाठी, त्याचा कमी प्रकाश शोषण दर आणि इन्सुलेटिंग गुणधर्म हे निःसंशयपणे फोटोडिटेक्टर संशोधकांना आवडत नाहीत आणि क्षेत्रातील एक कठीण मुद्दा देखील आहेत. तथापि, अलिकडच्या वर्षांत हेटेरोजंक्शन तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे लिथियम निओबेट आधारित फोटोडिटेक्टरच्या संशोधनात आशा निर्माण झाली आहे. मजबूत प्रकाश शोषण किंवा उत्कृष्ट चालकता असलेले इतर साहित्य त्याच्या कमतरता भरून काढण्यासाठी लिथियम निओबेटसह विषमतेने एकत्रित केले जाऊ शकते. त्याच वेळी, लिथियम निओबेटच्या स्ट्रक्चरल अॅनिसोट्रॉपीमुळे त्याच्या उत्स्फूर्त ध्रुवीकरण प्रेरित पायरोइलेक्ट्रिक वैशिष्ट्यांना प्रकाश विकिरणाखाली उष्णतेमध्ये रूपांतरित करून नियंत्रित केले जाऊ शकते, ज्यामुळे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक शोधण्यासाठी पायरोइलेक्ट्रिक वैशिष्ट्ये बदलतात. या थर्मल इफेक्टमध्ये वाइडबँड आणि सेल्फ ड्रायव्हिंगचे फायदे आहेत आणि ते इतर सामग्रीसह चांगल्या प्रकारे पूरक आणि एकत्रित केले जाऊ शकते. थर्मल आणि फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्टच्या समकालिक वापरामुळे लिथियम निओबेट आधारित फोटोडिटेक्टरसाठी एक नवीन युग उघडले आहे, ज्यामुळे डिव्हाइसेसना दोन्ही प्रभावांचे फायदे एकत्र करण्यास सक्षम केले आहे. आणि कमतरता भरून काढण्यासाठी आणि फायद्यांचे पूरक एकीकरण साध्य करण्यासाठी, अलिकडच्या वर्षांत हे एक संशोधन केंद्र आहे. याव्यतिरिक्त, लिथियम निओबेट शोधण्याच्या अडचणी सोडवण्यासाठी आयन इम्प्लांटेशन, बँड अभियांत्रिकी आणि दोष अभियांत्रिकीचा वापर हा देखील एक चांगला पर्याय आहे. तथापि, लिथियम निओबेटच्या उच्च प्रक्रिया अडचणीमुळे, या क्षेत्राला अजूनही कमी एकात्मता, अॅरे इमेजिंग उपकरणे आणि प्रणाली आणि अपुरी कामगिरी यासारख्या मोठ्या आव्हानांचा सामना करावा लागतो, ज्याचे संशोधन मूल्य आणि जागा उत्तम आहे.

आकृती १, एलएन बँडगॅपमधील दोष ऊर्जा अवस्थांचा इलेक्ट्रॉन दाता केंद्र म्हणून वापर करून, दृश्यमान प्रकाश उत्तेजनाखाली वाहक बँडमध्ये मुक्त चार्ज वाहक तयार केले जातात. मागील पायरोइलेक्ट्रिक एलएन फोटोडिटेक्टरच्या तुलनेत, जे सामान्यतः सुमारे १०० हर्ट्झच्या प्रतिसाद गतीपर्यंत मर्यादित होते, हेएलएन फोटोडिटेक्टरयाचा प्रतिसाद वेग १० किलोहर्ट्झ पर्यंत आहे. दरम्यान, या कामात, हे सिद्ध झाले की मॅग्नेशियम आयन डोप केलेले एलएन १० किलोहर्ट्झ पर्यंतच्या प्रतिसादासह बाह्य प्रकाश मॉड्युलेशन साध्य करू शकते. हे काम उच्च-कार्यक्षमतेवरील संशोधनाला प्रोत्साहन देते आणिहाय-स्पीड एलएन फोटोडिटेक्टरपूर्णपणे कार्यशील सिंगल-चिप इंटिग्रेटेड एलएन फोटोनिक चिप्सच्या बांधकामात.
थोडक्यात, संशोधन क्षेत्रपातळ फिल्म लिथियम निओबेट फोटोडिटेक्टरयाचे वैज्ञानिक महत्त्व आणि प्रचंड व्यावहारिक वापर क्षमता आहे. भविष्यात, तंत्रज्ञानाच्या विकासासह आणि संशोधनाच्या सखोलतेसह, थिन फिल्म लिथियम निओबेट (LN) फोटोडिटेक्टर उच्च एकात्मतेकडे विकसित होतील. सर्व पैलूंमध्ये उच्च-कार्यक्षमता, जलद प्रतिसाद आणि वाइडबँड थिन फिल्म लिथियम निओबेट फोटोडिटेक्टर साध्य करण्यासाठी वेगवेगळ्या एकात्मता पद्धतींचे संयोजन करणे एक वास्तव बनेल, जे ऑन-चिप एकात्मता आणि बुद्धिमान सेन्सिंग फील्डच्या विकासाला मोठ्या प्रमाणात प्रोत्साहन देईल आणि फोटोनिक्स अनुप्रयोगांच्या नवीन पिढीसाठी अधिक शक्यता प्रदान करेल.