થિન ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ (LN) ફોટોડિટેક્ટર

થિન ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ (LN) ફોટોડિટેક્ટર

લિથિયમ નિયોબેટ (LN) એક અનોખી સ્ફટિક રચના અને સમૃદ્ધ ભૌતિક અસરો ધરાવે છે, જેમ કે નોનલાઇનર ઇફેક્ટ્સ, ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક ઇફેક્ટ્સ, પાયરોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટ્સ અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટ્સ. તે જ સમયે, તેમાં વાઇડબેન્ડ ઓપ્ટિકલ પારદર્શિતા વિન્ડો અને લાંબા ગાળાની સ્થિરતાના ફાયદા છે. આ લાક્ષણિકતાઓ LN ને સંકલિત ફોટોનિક્સની નવી પેઢી માટે એક મહત્વપૂર્ણ પ્લેટફોર્મ બનાવે છે. ઓપ્ટિકલ ઉપકરણો અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમ્સમાં, LN ની લાક્ષણિકતાઓ સમૃદ્ધ કાર્યો અને પ્રદર્શન પ્રદાન કરી શકે છે, જે ઓપ્ટિકલ સંચાર, ઓપ્ટિકલ કમ્પ્યુટિંગ અને ઓપ્ટિકલ સેન્સિંગ ક્ષેત્રોના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપે છે. જો કે, લિથિયમ નિયોબેટના નબળા શોષણ અને ઇન્સ્યુલેશન ગુણધર્મોને કારણે, લિથિયમ નિયોબેટનો સંકલિત ઉપયોગ હજુ પણ મુશ્કેલ શોધની સમસ્યાનો સામનો કરે છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, આ ક્ષેત્રમાં અહેવાલોમાં મુખ્યત્વે વેવગાઇડ ઇન્ટિગ્રેટેડ ફોટોડિટેક્ટર્સ અને હેટરોજંકશન ફોટોડિટેક્ટર્સનો સમાવેશ થાય છે.
લિથિયમ નિયોબેટ પર આધારિત વેવગાઇડ ઇન્ટિગ્રેટેડ ફોટોડિટેક્ટર સામાન્ય રીતે ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન સી-બેન્ડ (1525-1565nm) પર કેન્દ્રિત હોય છે. કાર્યની દ્રષ્ટિએ, LN મુખ્યત્વે માર્ગદર્શિત તરંગોની ભૂમિકા ભજવે છે, જ્યારે ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક શોધ કાર્ય મુખ્યત્વે સિલિકોન, III-V ગ્રુપ સાંકડી બેન્ડગેપ સેમિકન્ડક્ટર અને દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રી જેવા સેમિકન્ડક્ટર પર આધાર રાખે છે. આવા આર્કિટેક્ચરમાં, પ્રકાશ ઓછા નુકસાન સાથે લિથિયમ નિયોબેટ ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ્સ દ્વારા પ્રસારિત થાય છે, અને પછી ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરો (જેમ કે ફોટોકન્ડક્ટિવિટી અથવા ફોટોવોલ્ટેઇક અસરો) પર આધારિત અન્ય સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી દ્વારા શોષાય છે જેથી વાહક સાંદ્રતા વધે અને તેને આઉટપુટ માટે વિદ્યુત સંકેતોમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય. ફાયદા ઉચ્ચ ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થ (~GHz), ઓછું ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ, નાનું કદ અને ફોટોનિક ચિપ એકીકરણ સાથે સુસંગતતા છે. જો કે, લિથિયમ નિયોબેટ અને સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના અવકાશી વિભાજનને કારણે, જો કે તે દરેક પોતાના કાર્યો કરે છે, LN ફક્ત માર્ગદર્શક તરંગોમાં ભૂમિકા ભજવે છે અને અન્ય ઉત્તમ વિદેશી ગુણધર્મોનો સારી રીતે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો નથી. સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી ફક્ત ફોટોઇલેક્ટ્રિક રૂપાંતરણમાં ભૂમિકા ભજવે છે અને એકબીજા સાથે પૂરક જોડાણનો અભાવ ધરાવે છે, પરિણામે પ્રમાણમાં મર્યાદિત ઓપરેટિંગ બેન્ડ બને છે. ચોક્કસ અમલીકરણની દ્રષ્ટિએ, પ્રકાશ સ્ત્રોતથી લિથિયમ નિયોબેટ ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ સાથે પ્રકાશનું જોડાણ નોંધપાત્ર નુકસાન અને કડક પ્રક્રિયા આવશ્યકતાઓમાં પરિણમે છે. વધુમાં, કપલિંગ ક્ષેત્રમાં સેમિકન્ડક્ટર ડિવાઇસ ચેનલ પર ઇરેડિયેટેડ પ્રકાશની વાસ્તવિક ઓપ્ટિકલ શક્તિનું માપાંકન કરવું મુશ્કેલ છે, જે તેના શોધ પ્રદર્શનને મર્યાદિત કરે છે.
પરંપરાગતફોટોડિટેક્ટરઇમેજિંગ એપ્લિકેશન્સ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સામાન્ય રીતે સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી પર આધારિત હોય છે. તેથી, લિથિયમ નિયોબેટ માટે, તેનો ઓછો પ્રકાશ શોષણ દર અને ઇન્સ્યુલેટીંગ ગુણધર્મો તેને નિઃશંકપણે ફોટોડિટેક્ટર સંશોધકો દ્વારા પસંદ ન કરે, અને ક્ષેત્રમાં એક મુશ્કેલ બિંદુ પણ બનાવે છે. જો કે, તાજેતરના વર્ષોમાં હેટરોજંક્શન ટેકનોલોજીના વિકાસથી લિથિયમ નિયોબેટ આધારિત ફોટોડિટેક્ટર્સના સંશોધનમાં આશા આવી છે. મજબૂત પ્રકાશ શોષણ અથવા ઉત્તમ વાહકતા ધરાવતી અન્ય સામગ્રીને તેની ખામીઓને સરભર કરવા માટે લિથિયમ નિયોબેટ સાથે વિજાતીય રીતે સંકલિત કરી શકાય છે. તે જ સમયે, લિથિયમ નિયોબેટની સ્વયંસ્ફુરિત ધ્રુવીકરણ પ્રેરિત પાયરોઇલેક્ટ્રિક લાક્ષણિકતાઓને તેના માળખાકીય એનિસોટ્રોપીને કારણે પ્રકાશ ઇરેડિયેશન હેઠળ ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરીને નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જેનાથી ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક શોધ માટે પાયરોઇલેક્ટ્રિક લાક્ષણિકતાઓમાં ફેરફાર થાય છે. આ થર્મલ અસરમાં વાઇડબેન્ડ અને સ્વ-ડ્રાઇવિંગના ફાયદા છે, અને તેને અન્ય સામગ્રી સાથે સારી રીતે પૂરક અને ફ્યુઝ કરી શકાય છે. થર્મલ અને ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરોના સિંક્રનસ ઉપયોગથી લિથિયમ નિયોબેટ આધારિત ફોટોડિટેક્ટર્સ માટે એક નવો યુગ ખુલ્યો છે, જે ઉપકરણોને બંને અસરોના ફાયદાઓને જોડવા સક્ષમ બનાવે છે. અને ખામીઓને ભરવા અને ફાયદાઓના પૂરક એકીકરણ પ્રાપ્ત કરવા માટે, તે તાજેતરના વર્ષોમાં એક સંશોધન હોટસ્પોટ છે. વધુમાં, લિથિયમ નિયોબેટ શોધવાની મુશ્કેલીને ઉકેલવા માટે આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન, બેન્ડ એન્જિનિયરિંગ અને ડિફેક્ટ એન્જિનિયરિંગનો ઉપયોગ પણ એક સારો વિકલ્પ છે. જો કે, લિથિયમ નિયોબેટની ઉચ્ચ પ્રક્રિયા મુશ્કેલીને કારણે, આ ક્ષેત્ર હજુ પણ ઓછા એકીકરણ, એરે ઇમેજિંગ ઉપકરણો અને સિસ્ટમો અને અપૂરતી કામગીરી જેવા મોટા પડકારોનો સામનો કરે છે, જેમાં મહાન સંશોધન મૂલ્ય અને જગ્યા છે.

આકૃતિ 1, LN બેન્ડગેપમાં ખામીયુક્ત ઊર્જા સ્થિતિઓનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોન દાતા કેન્દ્રો તરીકે કરીને, દૃશ્યમાન પ્રકાશ ઉત્તેજના હેઠળ વહન બેન્ડમાં મુક્ત ચાર્જ વાહકો ઉત્પન્ન થાય છે. અગાઉના પાયરોઇલેક્ટ્રિક LN ફોટોડિટેક્ટર્સની તુલનામાં, જે સામાન્ય રીતે લગભગ 100Hz ની પ્રતિભાવ ગતિ સુધી મર્યાદિત હતા, આLN ફોટોડિટેક્ટર10kHz સુધીની ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ ધરાવે છે. દરમિયાન, આ કાર્યમાં, એવું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે મેગ્નેશિયમ આયન ડોપ્ડ LN 10kHz સુધીના પ્રતિભાવ સાથે બાહ્ય પ્રકાશ મોડ્યુલેશન પ્રાપ્ત કરી શકે છે. આ કાર્ય ઉચ્ચ-પ્રદર્શન પર સંશોધનને પ્રોત્સાહન આપે છે અનેહાઇ-સ્પીડ LN ફોટોડિટેક્ટર્સસંપૂર્ણપણે કાર્યરત સિંગલ-ચિપ ઇન્ટિગ્રેટેડ LN ફોટોનિક ચિપ્સના નિર્માણમાં.
સારાંશમાં, સંશોધન ક્ષેત્રપાતળી ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ફોટોડિટેક્ટર્સતેનું મહત્વપૂર્ણ વૈજ્ઞાનિક મહત્વ અને પ્રચંડ વ્યવહારુ ઉપયોગની સંભાવના છે. ભવિષ્યમાં, ટેકનોલોજીના વિકાસ અને સંશોધનના ઊંડાણ સાથે, પાતળા ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ (LN) ફોટોડિટેક્ટર્સ ઉચ્ચ એકીકરણ તરફ વિકાસ કરશે. ઉચ્ચ-પ્રદર્શન, ઝડપી પ્રતિભાવ અને તમામ પાસાઓમાં વાઈડબેન્ડ પાતળા ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ ફોટોડિટેક્ટર્સ પ્રાપ્ત કરવા માટે વિવિધ એકીકરણ પદ્ધતિઓનું સંયોજન વાસ્તવિકતા બનશે, જે ઓન-ચિપ એકીકરણ અને બુદ્ધિશાળી સેન્સિંગ ક્ષેત્રોના વિકાસને મોટા પ્રમાણમાં પ્રોત્સાહન આપશે, અને ફોટોનિક્સ એપ્લિકેશન્સની નવી પેઢી માટે વધુ શક્યતાઓ પૂરી પાડશે.