पतली फिल्म लिथियम नियोबेट (LN) फोटोडिटेक्टर

पतली फिल्म लिथियम नियोबेट (LN) फोटोडिटेक्टर

लिथियम नाइओबेट (LN) में एक अद्वितीय क्रिस्टल संरचना और समृद्ध भौतिक प्रभाव होते हैं, जैसे कि अरेखीय प्रभाव, विद्युत-ऑप्टिक प्रभाव, पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव और पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव। साथ ही, इसमें वाइडबैंड ऑप्टिकल पारदर्शिता विंडो और दीर्घकालिक स्थिरता के लाभ भी होते हैं। ये विशेषताएँ LN को नई पीढ़ी के एकीकृत फोटोनिक्स के लिए एक महत्वपूर्ण मंच बनाती हैं। ऑप्टिकल उपकरणों और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में, LN की विशेषताएँ समृद्ध कार्य और प्रदर्शन प्रदान कर सकती हैं, जिससे ऑप्टिकल संचार, ऑप्टिकल कंप्यूटिंग और ऑप्टिकल सेंसिंग क्षेत्रों के विकास को बढ़ावा मिलता है। हालाँकि, लिथियम नाइओबेट के कमज़ोर अवशोषण और इन्सुलेशन गुणों के कारण, लिथियम नाइओबेट के एकीकृत अनुप्रयोग को अभी भी कठिन पता लगाने की समस्या का सामना करना पड़ता है। हाल के वर्षों में, इस क्षेत्र की रिपोर्टों में मुख्य रूप से वेवगाइड एकीकृत फोटोडिटेक्टर और हेटेरोजंक्शन फोटोडिटेक्टर शामिल हैं।
लिथियम नाइओबेट पर आधारित वेवगाइड एकीकृत फोटोडिटेक्टर आमतौर पर ऑप्टिकल संचार सी-बैंड (1525-1565 नैनोमीटर) पर केंद्रित होता है। कार्य की दृष्टि से, LN मुख्य रूप से निर्देशित तरंगों की भूमिका निभाता है, जबकि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक संसूचन कार्य मुख्य रूप से सिलिकॉन जैसे अर्धचालकों, III-V समूह संकीर्ण बैंडगैप अर्धचालकों और द्वि-आयामी पदार्थों पर निर्भर करता है। ऐसी संरचना में, प्रकाश कम हानि के साथ लिथियम नाइओबेट ऑप्टिकल वेवगाइड के माध्यम से प्रेषित होता है, और फिर प्रकाशविद्युत प्रभावों (जैसे प्रकाशचालकता या प्रकाशवोल्टीय प्रभाव) पर आधारित अन्य अर्धचालक पदार्थों द्वारा अवशोषित होकर वाहक सांद्रता बढ़ाता है और इसे आउटपुट के लिए विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है। इसके लाभ उच्च परिचालन बैंडविड्थ (~GHz), कम परिचालन वोल्टेज, छोटा आकार और फोटोनिक चिप एकीकरण के साथ संगतता हैं। हालाँकि, लिथियम नाइओबेट और अर्धचालक पदार्थों के स्थानिक पृथक्करण के कारण, हालाँकि वे प्रत्येक अपने-अपने कार्य करते हैं, LN केवल तरंगों को निर्देशित करने में ही भूमिका निभाता है और अन्य उत्कृष्ट बाह्य गुणों का पर्याप्त उपयोग नहीं किया गया है। अर्धचालक पदार्थ केवल प्रकाश-विद्युत रूपांतरण में ही भूमिका निभाते हैं और एक-दूसरे के साथ पूरक युग्मन का अभाव रखते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत सीमित परिचालन बैंड होता है। विशिष्ट कार्यान्वयन के संदर्भ में, प्रकाश स्रोत से लिथियम नियोबेट ऑप्टिकल वेवगाइड तक प्रकाश के युग्मन के परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण हानियाँ होती हैं और कठोर प्रक्रिया आवश्यकताएँ होती हैं। इसके अलावा, युग्मन क्षेत्र में अर्धचालक उपकरण चैनल पर विकिरणित प्रकाश की वास्तविक प्रकाशिक शक्ति का अंशांकन करना कठिन होता है, जो इसके संसूचन प्रदर्शन को सीमित करता है।
पारंपरिकफोटोडिटेक्टरइमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए प्रयुक्त होने वाले पदार्थ आमतौर पर अर्धचालक पदार्थों पर आधारित होते हैं। इसलिए, लिथियम नाइओबेट के लिए, इसकी कम प्रकाश अवशोषण दर और इन्सुलेटिंग गुण इसे निस्संदेह फोटोडिटेक्टर शोधकर्ताओं के लिए पसंदीदा नहीं बनाते हैं, और इस क्षेत्र में एक कठिन बिंदु भी बनाते हैं। हालाँकि, हाल के वर्षों में हेटेरोजंक्शन तकनीक के विकास ने लिथियम नाइओबेट आधारित फोटोडिटेक्टरों के अनुसंधान में आशा की किरण जगाई है। प्रबल प्रकाश अवशोषण या उत्कृष्ट चालकता वाली अन्य सामग्रियों को लिथियम नाइओबेट के साथ विषमांगी रूप से एकीकृत करके इसकी कमियों की भरपाई की जा सकती है। साथ ही, लिथियम नाइओबेट की संरचनात्मक विषमता के कारण स्वतःस्फूर्त ध्रुवीकरण प्रेरित पायरोइलेक्ट्रिक विशेषताओं को प्रकाश विकिरण के तहत ऊष्मा में परिवर्तित करके नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक संसूचन के लिए पायरोइलेक्ट्रिक विशेषताओं में परिवर्तन होता है। इस तापीय प्रभाव में वाइडबैंड और स्व-चालित होने के लाभ हैं, और इसे अन्य सामग्रियों के साथ अच्छी तरह से पूरक और संलयित किया जा सकता है। तापीय और प्रकाशविद्युत प्रभावों के समकालिक उपयोग ने लिथियम नाइओबेट आधारित फोटोडिटेक्टरों के लिए एक नए युग का सूत्रपात किया है, जिससे उपकरणों को दोनों प्रभावों के लाभों को संयोजित करने में सक्षम बनाया गया है। और कमियों की भरपाई करने और लाभों के पूरक एकीकरण को प्राप्त करने के लिए, यह हाल के वर्षों में एक शोध हॉटस्पॉट रहा है। इसके अलावा, आयन आरोपण, बैंड इंजीनियरिंग और दोष इंजीनियरिंग का उपयोग भी लिथियम नियोबेट का पता लगाने की कठिनाई को हल करने के लिए एक अच्छा विकल्प है। हालाँकि, लिथियम नियोबेट की उच्च प्रसंस्करण कठिनाई के कारण, इस क्षेत्र को अभी भी कम एकीकरण, सरणी इमेजिंग उपकरणों और प्रणालियों, और अपर्याप्त प्रदर्शन जैसी बड़ी चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है, जिसका बहुत बड़ा शोध मूल्य और स्थान है।

चित्र 1 में, LN बैंडगैप के भीतर दोष ऊर्जा अवस्थाओं को इलेक्ट्रॉन दाता केंद्रों के रूप में उपयोग करते हुए, दृश्य प्रकाश उत्तेजन के अंतर्गत चालन बैंड में मुक्त आवेश वाहक उत्पन्न होते हैं। पिछले पायरोइलेक्ट्रिक LN फोटोडिटेक्टरों की तुलना में, जो आमतौर पर लगभग 100Hz की प्रतिक्रिया गति तक सीमित थे, यहएलएन फोटोडिटेक्टरइसकी प्रतिक्रिया गति 10kHz तक तेज़ होती है। इस बीच, इस कार्य में, यह प्रदर्शित किया गया कि मैग्नीशियम आयन से युक्त LN, 10kHz तक की प्रतिक्रिया के साथ बाह्य प्रकाश मॉडुलन प्राप्त कर सकता है। यह कार्य उच्च-प्रदर्शन औरउच्च गति वाले एलएन फोटोडिटेक्टरपूर्णतः कार्यात्मक एकल-चिप एकीकृत एल.एन. फोटोनिक चिप्स के निर्माण में।
संक्षेप में, अनुसंधान क्षेत्रपतली फिल्म लिथियम नियोबेट फोटोडिटेक्टरइसका महत्वपूर्ण वैज्ञानिक महत्व और व्यावहारिक अनुप्रयोग की अपार संभावनाएँ हैं। भविष्य में, प्रौद्योगिकी के विकास और गहन अनुसंधान के साथ, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट (एलएन) फोटोडिटेक्टर उच्च एकीकरण की ओर विकसित होंगे। विभिन्न एकीकरण विधियों के संयोजन से उच्च-प्रदर्शन, तीव्र प्रतिक्रिया और सभी पहलुओं में वाइडबैंड पतली फिल्म लिथियम नियोबेट फोटोडिटेक्टर प्राप्त करना एक वास्तविकता बन जाएगा, जो ऑन-चिप एकीकरण और बुद्धिमान संवेदन क्षेत्रों के विकास को बहुत बढ़ावा देगा, और नई पीढ़ी के फोटोनिक्स अनुप्रयोगों के लिए अधिक संभावनाएँ प्रदान करेगा।