पतली फिल्म लिथियम नियोबेट (एलएन) फोटोडिटेक्टर

पतली फिल्म लिथियम नियोबेट (एलएन) फोटोडिटेक्टर

लिथियम नियोबेट (एलएन) में एक अद्वितीय क्रिस्टल संरचना और समृद्ध भौतिक प्रभाव होते हैं, जैसे कि नॉनलाइनियर प्रभाव, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव, पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव और पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव। साथ ही, इसमें वाइडबैंड ऑप्टिकल पारदर्शिता विंडो और दीर्घकालिक स्थिरता के फायदे हैं। ये विशेषताएँ एलएन को नई पीढ़ी के एकीकृत फोटोनिक्स के लिए एक महत्वपूर्ण मंच बनाती हैं। ऑप्टिकल उपकरणों और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में, एलएन की विशेषताएँ ऑप्टिकल संचार, ऑप्टिकल कंप्यूटिंग और ऑप्टिकल सेंसिंग क्षेत्रों के विकास को बढ़ावा देते हुए समृद्ध कार्य और प्रदर्शन प्रदान कर सकती हैं। हालाँकि, लिथियम नियोबेट के कमजोर अवशोषण और इन्सुलेशन गुणों के कारण, लिथियम नियोबेट के एकीकृत अनुप्रयोग को अभी भी मुश्किल 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 नियोबेट पर आधारित वेवगाइड एकीकृत फोटोडिटेक्टर आमतौर पर ऑप्टिकल संचार सी-बैंड (1525-1565nm) पर केंद्रित होता है। फ़ंक्शन के संदर्भ में, LN मुख्य रूप से निर्देशित तरंगों की भूमिका निभाता है, जबकि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिटेक्शन फ़ंक्शन मुख्य रूप से सिलिकॉन, III-V समूह संकीर्ण बैंडगैप सेमीकंडक्टर और दो-आयामी सामग्रियों जैसे अर्धचालकों पर निर्भर करता है। इस तरह की वास्तुकला में, प्रकाश को कम नुकसान के साथ लिथियम नियोबेट ऑप्टिकल वेवगाइड के माध्यम से प्रेषित किया जाता है, और फिर वाहक सांद्रता को बढ़ाने और इसे आउटपुट के लिए विद्युत संकेतों में परिवर्तित करने के लिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावों (जैसे फोटोकंडक्टिविटी या फोटोवोल्टिक प्रभाव) पर आधारित अन्य अर्धचालक सामग्रियों द्वारा अवशोषित किया जाता है। इसके फायदे उच्च ऑपरेटिंग बैंडविड्थ (~ गीगाहर्ट्ज), कम ऑपरेटिंग वोल्टेज, छोटे आकार और फोटोनिक चिप एकीकरण के साथ संगतता हैं। हालांकि, लिथियम नियोबेट और अर्धचालक सामग्रियों के स्थानिक पृथक्करण के कारण, हालांकि वे प्रत्येक अपने स्वयं के कार्य करते हैं, LN केवल तरंगों को निर्देशित करने में एक भूमिका निभाता है और अन्य उत्कृष्ट विदेशी गुणों का अच्छी तरह से उपयोग नहीं किया गया है। अर्धचालक पदार्थ केवल फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण में भूमिका निभाते हैं और एक दूसरे के साथ पूरक युग्मन की कमी होती है, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत सीमित ऑपरेटिंग बैंड होता है। विशिष्ट कार्यान्वयन के संदर्भ में, प्रकाश स्रोत से लिथियम नियोबेट ऑप्टिकल वेवगाइड तक प्रकाश के युग्मन के परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण नुकसान और सख्त प्रक्रिया आवश्यकताएं होती हैं। इसके अलावा, युग्मन क्षेत्र में अर्धचालक उपकरण चैनल पर विकिरणित प्रकाश की वास्तविक ऑप्टिकल शक्ति को कैलिब्रेट करना मुश्किल है, जो इसके पता लगाने के प्रदर्शन को सीमित करता है।
पारंपरिकफोटोडिटेक्टरइमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले आमतौर पर अर्धचालक पदार्थों पर आधारित होते हैं। इसलिए, लिथियम नियोबेट के लिए, इसकी कम प्रकाश अवशोषण दर और इन्सुलेटिंग गुण निस्संदेह इसे फोटोडिटेक्टर शोधकर्ताओं द्वारा पसंद नहीं किए जाते हैं, और यहां तक ​​कि क्षेत्र में एक कठिन बिंदु भी बनाते हैं। हालांकि, हाल के वर्षों में हेटेरोजंक्शन तकनीक के विकास ने लिथियम नियोबेट आधारित फोटोडिटेक्टरों के शोध में आशा जगाई है। मजबूत प्रकाश अवशोषण या उत्कृष्ट चालकता वाली अन्य सामग्रियों को इसकी कमियों की भरपाई के लिए लिथियम नियोबेट के साथ विषम रूप से एकीकृत किया जा सकता है। साथ ही, लिथियम नियोबेट की संरचनात्मक अनिसोट्रॉपी के कारण स्वतःस्फूर्त ध्रुवीकरण प्रेरित पायरोइलेक्ट्रिक विशेषताओं को प्रकाश विकिरण के तहत गर्मी में परिवर्तित करके नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिटेक्शन के लिए पायरोइलेक्ट्रिक विशेषताओं को बदला जा सकता है। इस थर्मल प्रभाव में वाइडबैंड और सेल्फ ड्राइविंग के फायदे हैं, और इसे अन्य सामग्रियों के साथ अच्छी तरह से पूरक और फ्यूज किया जा सकता है। थर्मल और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावों के समकालिक उपयोग ने लिथियम नियोबेट आधारित फोटोडिटेक्टरों के लिए एक नया युग खोल दिया है, जिससे डिवाइस दोनों प्रभावों के लाभों को संयोजित करने में सक्षम हो गए हैं। और कमियों को पूरा करने और लाभों के पूरक एकीकरण को प्राप्त करने के लिए, यह हाल के वर्षों में एक शोध हॉटस्पॉट 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। हालांकि, लिथियम नियोबेट की उच्च प्रसंस्करण कठिनाई के कारण, इस क्षेत्र में अभी भी कम एकीकरण, सरणी इमेजिंग डिवाइस और सिस्टम और अपर्याप्त प्रदर्शन जैसी बड़ी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जिसमें महान अनुसंधान मूल्य और स्थान है।

चित्र 1, इलेक्ट्रॉन दाता केंद्रों के रूप में एलएन बैंडगैप के भीतर दोष ऊर्जा अवस्थाओं का उपयोग करते हुए, दृश्य प्रकाश उत्तेजना के तहत चालन बैंड में मुक्त आवेश वाहक उत्पन्न होते हैं। पिछले पायरोइलेक्ट्रिक एलएन फोटोडिटेक्टरों की तुलना में, जो आम तौर पर लगभग 100 हर्ट्ज की प्रतिक्रिया गति तक सीमित थे, यहएलएन फोटोडिटेक्टर10kHz तक की तेज़ प्रतिक्रिया गति है। इस बीच, इस काम में, यह प्रदर्शित किया गया कि मैग्नीशियम आयन डोप्ड LN 10kHz तक की प्रतिक्रिया के साथ बाहरी प्रकाश मॉड्यूलेशन प्राप्त कर सकता है। यह काम उच्च प्रदर्शन और पर शोध को बढ़ावा देता हैउच्च गति एलएन फोटोडिटेक्टरपूर्णतः कार्यात्मक एकल-चिप एकीकृत एलएन फोटोनिक चिप्स के निर्माण में।
संक्षेप में, अनुसंधान का क्षेत्रपतली फिल्म लिथियम नियोबेट फोटोडिटेक्टरमहत्वपूर्ण वैज्ञानिक महत्व और विशाल व्यावहारिक अनुप्रयोग क्षमता है। भविष्य में, प्रौद्योगिकी के विकास और अनुसंधान के गहन होने के साथ, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट (एलएन) फोटोडिटेक्टर उच्च एकीकरण की ओर विकसित होंगे। सभी पहलुओं में उच्च प्रदर्शन, तेज प्रतिक्रिया और वाइडबैंड पतली फिल्म लिथियम नियोबेट फोटोडिटेक्टर को प्राप्त करने के लिए विभिन्न एकीकरण विधियों का संयोजन 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 संभावनाएं प्रदान करेगा।