پتلی فلم لیتھیم نیبیٹ (LN) فوٹو ڈیٹیکٹر

پتلی فلم لیتھیم نیبیٹ (LN) فوٹو ڈیٹیکٹر

Lithium niobate (LN) کا ایک منفرد کرسٹل ڈھانچہ اور بھرپور جسمانی اثرات ہیں، جیسے نان لائنر اثرات، الیکٹرو آپٹک اثرات، پائرو الیکٹرک اثرات، اور پیزو الیکٹرک اثرات۔ ایک ہی وقت میں، اس میں وائڈ بینڈ آپٹیکل ٹرانسپیرنسی ونڈو اور طویل مدتی استحکام کے فوائد ہیں۔ یہ خصوصیات LN کو مربوط فوٹوونکس کی نئی نسل کے لیے ایک اہم پلیٹ فارم بناتی ہیں۔ آپٹیکل آلات اور آپٹیکل الیکٹرانک سسٹمز میں، LN کی خصوصیات آپٹیکل کمیونیکیشن، آپٹیکل کمپیوٹنگ، اور آپٹیکل سینسنگ فیلڈز کی ترقی کو فروغ دیتے ہوئے بھرپور افعال اور کارکردگی فراہم کر سکتی ہیں۔ تاہم، لتیم نیوبیٹ کے کمزور جذب اور موصلیت کی خصوصیات کی وجہ سے، لتیم نیبیٹ کے مربوط اطلاق کو اب بھی مشکل کا پتہ لگانے کے مسئلے کا سامنا ہے۔ حالیہ برسوں میں، اس فیلڈ میں رپورٹس میں بنیادی طور پر ویو گائیڈ انٹیگریٹڈ فوٹو ڈیٹیکٹر اور ہیٹروجنکشن فوٹو ڈیٹیکٹر شامل ہیں۔
لیتھیم نائوبیٹ پر مبنی ویو گائیڈ انٹیگریٹڈ فوٹو ڈیٹیکٹر عام طور پر آپٹیکل کمیونیکیشن سی بینڈ (1525-1565nm) پر مرکوز ہوتا ہے۔ فنکشن کے لحاظ سے، LN بنیادی طور پر گائیڈڈ لہروں کا کردار ادا کرتا ہے، جب کہ آپٹو الیکٹرانک ڈٹیکشن فنکشن بنیادی طور پر سیمی کنڈکٹرز جیسے سیلیکون، III-V گروپ کے تنگ بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹرز، اور دو جہتی مواد پر انحصار کرتا ہے۔ اس طرح کے فن تعمیر میں، روشنی کو کم نقصان کے ساتھ لیتھیم نائوبیٹ آپٹیکل ویو گائیڈز کے ذریعے منتقل کیا جاتا ہے، اور پھر فوٹو الیکٹرک اثرات (جیسے فوٹو کنڈکٹیویٹی یا فوٹوولٹک اثرات) پر مبنی دوسرے سیمی کنڈکٹر مواد کے ذریعے جذب کیا جاتا ہے تاکہ کیریئر کی حراستی کو بڑھایا جا سکے اور اسے آؤٹ پٹ کے لیے برقی سگنلز میں تبدیل کیا جا سکے۔ فوائد میں ہائی آپریٹنگ بینڈوڈتھ (~GHz)، کم آپریٹنگ وولٹیج، چھوٹا سائز، اور فوٹوونک چپ انضمام کے ساتھ مطابقت ہے۔ تاہم، لیتھیم نائوبیٹ اور سیمی کنڈکٹر مواد کی مقامی علیحدگی کی وجہ سے، اگرچہ وہ ہر ایک اپنے اپنے افعال انجام دیتے ہیں، ایل این صرف لہروں کی رہنمائی میں کردار ادا کرتا ہے اور دیگر بہترین غیر ملکی خصوصیات کو اچھی طرح سے استعمال نہیں کیا گیا ہے۔ سیمی کنڈکٹر مواد صرف فوٹو الیکٹرک تبدیلی میں کردار ادا کرتے ہیں اور ایک دوسرے کے ساتھ تکمیلی جوڑے کی کمی ہے، جس کے نتیجے میں نسبتاً محدود آپریٹنگ بینڈ ہوتا ہے۔ مخصوص نفاذ کے لحاظ سے، روشنی کے منبع سے لتیم نائوبیٹ آپٹیکل ویو گائیڈ تک روشنی کے جوڑے کے نتیجے میں اہم نقصانات اور سخت عمل کی ضروریات ہوتی ہیں۔ اس کے علاوہ، کپلنگ ریجن میں سیمی کنڈکٹر ڈیوائس چینل پر شعاع ریزی کی جانے والی روشنی کی اصل آپٹیکل پاور کیلیبریٹ کرنا مشکل ہے، جو اس کی کھوج کی کارکردگی کو محدود کرتا ہے۔
روایتیفوٹو ڈیٹیکٹرامیجنگ ایپلی کیشنز کے لئے استعمال کیا جاتا ہے عام طور پر سیمی کنڈکٹر مواد پر مبنی ہیں. لہٰذا، لیتھیم نیوبیٹ کے لیے، اس کی کم روشنی جذب کرنے کی شرح اور موصلیت کی خصوصیات بلاشبہ فوٹو ڈیٹیکٹر کے محققین کی طرف سے پسند نہیں کرتے، اور میدان میں ایک مشکل نقطہ بھی۔ تاہم، حالیہ برسوں میں ہیٹروجنکشن ٹیکنالوجی کی ترقی نے لیتھیم نائوبیٹ پر مبنی فوٹو ڈیٹیکٹرز کی تحقیق میں امید پیدا کی ہے۔ مضبوط روشنی جذب یا بہترین چالکتا کے ساتھ دیگر مواد کو اس کی کوتاہیوں کی تلافی کے لیے لتیم نائوبیٹ کے ساتھ متضاد طور پر مربوط کیا جا سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، لتیم نائوبیٹ کی ساختی اینیسوٹروپی کی وجہ سے بے ساختہ پولرائزیشن حوصلہ افزائی پائرو الیکٹرک خصوصیات کو روشنی کی شعاع ریزی کے تحت حرارت میں تبدیل کرکے کنٹرول کیا جا سکتا ہے، اس طرح آپٹو الیکٹرونک پتہ لگانے کے لیے پائرو الیکٹرک خصوصیات میں تبدیلی آتی ہے۔ اس تھرمل اثر میں وائیڈ بینڈ اور سیلف ڈرائیونگ کے فوائد ہیں، اور اسے دوسرے مواد کے ساتھ اچھی طرح سے مکمل اور ملایا جا سکتا ہے۔ تھرمل اور فوٹو الیکٹرک اثرات کے ہم وقت ساز استعمال نے لیتھیم نائوبیٹ پر مبنی فوٹو ڈیٹیکٹرز کے لیے ایک نئے دور کا آغاز کیا ہے، جو آلات کو دونوں اثرات کے فوائد کو یکجا کرنے کے قابل بناتے ہیں۔ اور کوتاہیوں کو پورا کرنے اور فوائد کے تکمیلی انضمام کو حاصل کرنے کے لیے، یہ حالیہ برسوں میں ایک ریسرچ ہاٹ اسپاٹ ہے۔ اس کے علاوہ، آئن امپلانٹیشن، بینڈ انجینئرنگ، اور ڈیفیکٹ انجینئرنگ کا استعمال بھی لیتھیم نیوبیٹ کا پتہ لگانے کی مشکل کو حل کرنے کے لیے ایک اچھا انتخاب ہے۔ تاہم، لیتھیم نائوبیٹ کی اعلیٰ پروسیسنگ کی دشواری کی وجہ سے، اس فیلڈ کو اب بھی بڑے چیلنجوں کا سامنا ہے جیسے کم انضمام، سرنی امیجنگ ڈیوائسز اور سسٹمز، اور ناکافی کارکردگی، جس میں تحقیقی قدر اور جگہ بہت زیادہ ہے۔

شکل 1، ایل این بینڈ گیپ کے اندر الیکٹران عطیہ کرنے والے مراکز کے طور پر توانائی کی خرابی کی حالتوں کا استعمال کرتے ہوئے، مرئی روشنی کی حوصلہ افزائی کے تحت کنڈکشن بینڈ میں مفت چارج کیریئرز پیدا ہوتے ہیں۔ پچھلے پائرو الیکٹرک ایل این فوٹو ڈیٹیکٹرز کے مقابلے، جو عام طور پر تقریباً 100Hz کے ردعمل کی رفتار تک محدود تھے، یہایل این فوٹو ڈیٹیکٹر10kHz تک تیز ردعمل کی رفتار ہے۔ دریں اثنا، اس کام میں، یہ ظاہر کیا گیا کہ میگنیشیم آئن ڈوپڈ LN 10kHz تک کے ردعمل کے ساتھ بیرونی روشنی کی ماڈیولیشن حاصل کر سکتا ہے۔ یہ کام اعلی کارکردگی اور تحقیق کو فروغ دیتا ہے۔تیز رفتار LN فوٹو ڈیٹیکٹرمکمل طور پر فعال سنگل چپ انٹیگریٹڈ ایل این فوٹوونک چپس کی تعمیر میں۔
خلاصہ میں، تحقیق کے میدانپتلی فلم لتیم نائوبیٹ فوٹو ڈیٹیکٹراہم سائنسی اہمیت اور بہت زیادہ عملی استعمال کی صلاحیت ہے۔ مستقبل میں، ٹیکنالوجی کی ترقی اور تحقیق کی گہرائی کے ساتھ، پتلی فلم لیتھیم نیوبیٹ (LN) فوٹو ڈیٹیکٹر اعلی انضمام کی طرف ترقی کریں گے۔ تمام پہلوؤں میں اعلی کارکردگی، تیز ردعمل، اور وائڈ بینڈ پتلی فلم لیتھیم نائوبیٹ فوٹو ڈیٹیکٹر حاصل کرنے کے لیے انضمام کے مختلف طریقوں کا امتزاج ایک حقیقت بن جائے گا، جو آن چپ انٹیگریشن اور ذہین سینسنگ فیلڈز کی ترقی کو بہت زیادہ فروغ دے گا، اور فوٹوونکس ایپلی کیشنز کی نئی نسل کے لیے مزید امکانات فراہم کرے گا۔