पतली फिल्म लिथियम नायोबेट (LN) फोटोडिटेक्टर

पतली फिल्म लिथियम नायोबेट (LN) फोटोडिटेक्टर

लिथियम नायोबेट (LN) की क्रिस्टलीय संरचना अद्वितीय है और इसमें कई प्रकार के भौतिक प्रभाव पाए जाते हैं, जैसे कि गैर-रेखीय प्रभाव, विद्युत-प्रकाशिकी प्रभाव, पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव और पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव। साथ ही, इसमें व्यापक ऑप्टिकल पारदर्शिता और दीर्घकालिक स्थिरता जैसे गुण भी हैं। ये विशेषताएं LN को एकीकृत फोटोनिक्स की नई पीढ़ी के लिए एक महत्वपूर्ण आधार बनाती हैं। ऑप्टिकल उपकरणों और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में, LN की विशेषताएं कई प्रकार के कार्य और प्रदर्शन प्रदान कर सकती हैं, जिससे ऑप्टिकल संचार, ऑप्टिकल कंप्यूटिंग और ऑप्टिकल सेंसिंग क्षेत्रों के विकास को बढ़ावा मिलता है। हालांकि, लिथियम नायोबेट के कमजोर अवशोषण और इन्सुलेशन गुणों के कारण, इसके एकीकृत अनुप्रयोग में अभी भी पहचान की कठिनाई एक चुनौती बनी हुई है। हाल के वर्षों में, इस क्षेत्र में प्रकाशित रिपोर्टों में मुख्य रूप से वेवगाइड एकीकृत फोटोडिटेक्टर और हेटरोजंक्शन फोटोडिटेक्टर शामिल हैं।
लिथियम नायोबेट पर आधारित वेवगाइड इंटीग्रेटेड फोटोडिटेक्टर आमतौर पर ऑप्टिकल संचार के सी-बैंड (1525-1565 एनएम) पर केंद्रित होता है। कार्य के संदर्भ में, लिथियम नायोबेट मुख्य रूप से तरंगों को निर्देशित करने का कार्य करता है, जबकि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिटेक्शन कार्य मुख्य रूप से सिलिकॉन, III-V समूह के संकीर्ण बैंडगैप वाले अर्धचालकों और द्वि-आयामी पदार्थों जैसे अर्धचालकों पर निर्भर करता है। इस संरचना में, प्रकाश कम हानि के साथ लिथियम नायोबेट ऑप्टिकल वेवगाइड्स से होकर गुजरता है, और फिर अन्य अर्धचालक पदार्थों द्वारा फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावों (जैसे फोटोकंडक्टिविटी या फोटोवोल्टेइक प्रभाव) के आधार पर अवशोषित होकर वाहक सांद्रता को बढ़ाता है और इसे आउटपुट के लिए विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है। इसके लाभ उच्च ऑपरेटिंग बैंडविड्थ (~GHz), कम ऑपरेटिंग वोल्टेज, छोटा आकार और फोटोनिक चिप एकीकरण के साथ अनुकूलता हैं। हालांकि, लिथियम नायोबेट और अर्धचालक पदार्थों के स्थानिक पृथक्करण के कारण, यद्यपि वे प्रत्येक अपने-अपने कार्य करते हैं, लिथियम नायोबेट केवल तरंगों को निर्देशित करने का कार्य करता है और इसके अन्य उत्कृष्ट गुणों का पूरी तरह से उपयोग नहीं किया गया है। अर्धचालक पदार्थ केवल प्रकाशविद्युत रूपांतरण में भूमिका निभाते हैं और उनमें परस्पर पूरक युग्मन का अभाव होता है, जिसके परिणामस्वरूप उनका परिचालन क्षेत्र अपेक्षाकृत सीमित होता है। विशिष्ट कार्यान्वयन के संदर्भ में, प्रकाश स्रोत से लिथियम नायोबेट ऑप्टिकल वेवगाइड तक प्रकाश के युग्मन से महत्वपूर्ण हानि होती है और इसके लिए सख्त प्रक्रिया आवश्यकताओं की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, युग्मन क्षेत्र में अर्धचालक उपकरण चैनल पर पड़ने वाले प्रकाश की वास्तविक प्रकाशीय शक्ति का अंशांकन करना कठिन होता है, जो इसकी पहचान क्षमता को सीमित करता है।
पारंपरिकफोटोडिटेक्टरइमेजिंग अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले फोटोडिटेक्टर आमतौर पर अर्धचालक पदार्थों पर आधारित होते हैं। इसलिए, लिथियम नायोबेट की कम प्रकाश अवशोषण दर और इन्सुलेटिंग गुणों के कारण, फोटोडिटेक्टर शोधकर्ताओं के बीच इसकी मांग कम है और यह इस क्षेत्र में एक चुनौतीपूर्ण मुद्दा भी है। हालांकि, हाल के वर्षों में हेटरोजंक्शन तकनीक के विकास ने लिथियम नायोबेट आधारित फोटोडिटेक्टरों के अनुसंधान में आशा जगाई है। उच्च प्रकाश अवशोषण या उत्कृष्ट चालकता वाले अन्य पदार्थों को लिथियम नायोबेट के साथ विषम रूप से एकीकृत किया जा सकता है ताकि इसकी कमियों को दूर किया जा सके। साथ ही, लिथियम नायोबेट की संरचनात्मक विषमता के कारण स्वतः ध्रुवीकरण प्रेरित पायरोइलेक्ट्रिक विशेषताओं को प्रकाश विकिरण के तहत ऊष्मा में परिवर्तित करके नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक पहचान के लिए पायरोइलेक्ट्रिक विशेषताओं में परिवर्तन होता है। इस तापीय प्रभाव में व्यापक बैंड और स्व-चालित होने के लाभ हैं, और इसे अन्य पदार्थों के साथ अच्छी तरह से पूरक और संयोजित किया जा सकता है। तापीय और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावों के समकालिक उपयोग ने लिथियम नायोबेट आधारित फोटोडिटेक्टरों के लिए एक नए युग का द्वार खोल दिया है, जिससे उपकरण दोनों प्रभावों के लाभों को संयोजित कर सकते हैं। कमियों को दूर करने और लाभों के पूरक एकीकरण को प्राप्त करने के लिए, यह हाल के वर्षों में अनुसंधान का एक प्रमुख क्षेत्र रहा है। इसके अलावा, आयन प्रत्यारोपण, बैंड इंजीनियरिंग और दोष इंजीनियरिंग का उपयोग लिथियम नायोबेट का पता लगाने की कठिनाई को हल करने के लिए भी एक अच्छा विकल्प है। हालांकि, लिथियम नायोबेट की उच्च प्रसंस्करण कठिनाई के कारण, इस क्षेत्र में अभी भी कम एकीकरण, सरणी इमेजिंग उपकरणों और प्रणालियों, और अपर्याप्त प्रदर्शन जैसी बड़ी चुनौतियां हैं, जिनमें अनुसंधान का अपार महत्व और संभावनाएं हैं।

चित्र 1 में, एलएन बैंडगैप के भीतर दोष ऊर्जा अवस्थाओं को इलेक्ट्रॉन दाता केंद्रों के रूप में उपयोग करते हुए, दृश्य प्रकाश उत्तेजना के तहत चालन बैंड में मुक्त आवेश वाहक उत्पन्न होते हैं। पिछले पायरोइलेक्ट्रिक एलएन फोटोडिटेक्टरों की तुलना में, जिनकी प्रतिक्रिया गति आमतौर पर लगभग 100 हर्ट्ज तक सीमित थी, यहएलएन फोटोडिटेक्टरइसकी प्रतिक्रिया गति 10kHz तक तेज़ है। वहीं, इस शोध में यह प्रदर्शित किया गया कि मैग्नीशियम आयन डोप्ड LN 10kHz तक की प्रतिक्रिया गति के साथ बाह्य प्रकाश मॉड्यूलेशन प्राप्त कर सकता है। यह शोध उच्च-प्रदर्शन औरउच्च गति वाले एलएन फोटोडिटेक्टरपूर्णतः कार्यात्मक एकल-चिप एकीकृत एलएन फोटोनिक चिप्स के निर्माण में।
संक्षेप में, अनुसंधान क्षेत्रपतली फिल्म लिथियम नायोबेट फोटोडिटेक्टरलिथियम नायोबेट (LN) फोटोडिटेक्टरों का वैज्ञानिक महत्व और व्यावहारिक अनुप्रयोग की अपार संभावनाएं हैं। भविष्य में, प्रौद्योगिकी के विकास और अनुसंधान के गहन होने के साथ, पतली फिल्म लिथियम नायोबेट (LN) फोटोडिटेक्टर उच्च एकीकरण की ओर विकसित होंगे। विभिन्न एकीकरण विधियों को मिलाकर उच्च प्रदर्शन, तीव्र प्रतिक्रिया और व्यापक बैंड वाले पतली फिल्म लिथियम नायोबेट फोटोडिटेक्टरों को सभी पहलुओं में प्राप्त करना संभव हो जाएगा, जिससे ऑन-चिप एकीकरण और बुद्धिमान संवेदन क्षेत्रों के विकास को काफी बढ़ावा मिलेगा और फोटोनिक्स अनुप्रयोगों की नई पीढ़ी के लिए अधिक संभावनाएं खुलेंगी।