থিন ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট (LN) ফটোডিটেক্টর

থিন ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট (LN) ফটোডিটেক্টর

লিথিয়াম নিওবেট (LN) এর একটি অনন্য স্ফটিক গঠন এবং সমৃদ্ধ ভৌত প্রভাব রয়েছে, যেমন নন-লিনিয়ার এফেক্ট, ইলেক্ট্রো-অপটিক এফেক্ট, পাইরোইলেকট্রিক এফেক্ট এবং পাইজোইলেকট্রিক এফেক্ট। একই সাথে, এর ওয়াইডব্যান্ড অপটিক্যাল ট্রান্সপারেন্সি উইন্ডো এবং দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতার সুবিধা রয়েছে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি LN কে নতুন প্রজন্মের ইন্টিগ্রেটেড ফোটোনিক্সের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্ল্যাটফর্ম করে তোলে। অপটিক্যাল ডিভাইস এবং অপটোইলেকট্রনিক সিস্টেমে, LN এর বৈশিষ্ট্যগুলি সমৃদ্ধ ফাংশন এবং কর্মক্ষমতা প্রদান করতে পারে, যা অপটিক্যাল যোগাযোগ, অপটিক্যাল কম্পিউটিং এবং অপটিক্যাল সেন্সিং ক্ষেত্রগুলির বিকাশকে উৎসাহিত করে। তবে, লিথিয়াম নিওবেটের দুর্বল শোষণ এবং অন্তরক বৈশিষ্ট্যের কারণে, লিথিয়াম নিওবেটের ইন্টিগ্রেটেড প্রয়োগ এখনও কঠিন সনাক্তকরণের সমস্যার সম্মুখীন হচ্ছে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, এই ক্ষেত্রের প্রতিবেদনগুলিতে প্রধানত ওয়েভগাইড ইন্টিগ্রেটেড ফটোডিটেক্টর এবং হেটেরোজংশন ফটোডিটেক্টর অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।
লিথিয়াম নিওবেটের উপর ভিত্তি করে তৈরি ওয়েভগাইড ইন্টিগ্রেটেড ফটোডিটেক্টর সাধারণত অপটিক্যাল কমিউনিকেশন সি-ব্যান্ড (1525-1565nm) এর উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। কার্যকারিতার দিক থেকে, LN মূলত নির্দেশিত তরঙ্গের ভূমিকা পালন করে, অন্যদিকে অপটোইলেকট্রনিক সনাক্তকরণ ফাংশন মূলত সিলিকন, III-V গ্রুপ ন্যারো ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর এবং দ্বি-মাত্রিক উপকরণের মতো সেমিকন্ডাক্টরের উপর নির্ভর করে। এই ধরনের স্থাপত্যে, আলো কম ক্ষতির সাথে লিথিয়াম নিওবেট অপটিক্যাল ওয়েভগাইডের মাধ্যমে প্রেরণ করা হয় এবং তারপর আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাবের (যেমন আলোক পরিবাহীতা বা ফটোভোলটাইক প্রভাব) উপর ভিত্তি করে অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ দ্বারা শোষিত হয় যাতে বাহক ঘনত্ব বৃদ্ধি পায় এবং আউটপুটের জন্য বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত হয়। সুবিধাগুলি হল উচ্চ অপারেটিং ব্যান্ডউইথ (~GHz), কম অপারেটিং ভোল্টেজ, ছোট আকার এবং ফোটোনিক চিপ ইন্টিগ্রেশনের সাথে সামঞ্জস্য। যাইহোক, লিথিয়াম নিওবেট এবং সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের স্থানিক বিচ্ছেদের কারণে, যদিও তারা প্রতিটি তাদের নিজস্ব কার্য সম্পাদন করে, LN কেবল তরঙ্গ পরিচালনায় ভূমিকা পালন করে এবং অন্যান্য চমৎকার বিদেশী বৈশিষ্ট্যগুলি ভালভাবে ব্যবহার করা হয়নি। সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলি কেবল আলোক বৈদ্যুতিক রূপান্তরে ভূমিকা পালন করে এবং একে অপরের সাথে পরিপূরক সংযোগের অভাব থাকে, যার ফলে তুলনামূলকভাবে সীমিত অপারেটিং ব্যান্ড তৈরি হয়। নির্দিষ্ট বাস্তবায়নের ক্ষেত্রে, আলোর উৎস থেকে লিথিয়াম নিওবেট অপটিক্যাল ওয়েভগাইডের সাথে আলোর সংযোগের ফলে উল্লেখযোগ্য ক্ষতি হয় এবং প্রক্রিয়ার কঠোর প্রয়োজনীয়তা দেখা দেয়। এছাড়াও, কাপলিং অঞ্চলে সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস চ্যানেলে বিকিরণ করা আলোর প্রকৃত অপটিক্যাল শক্তি ক্যালিব্রেট করা কঠিন, যা এর সনাক্তকরণ কর্মক্ষমতা সীমিত করে।
ঐতিহ্যবাহীফটোডিটেক্টরইমেজিং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ব্যবহৃত হয় সাধারণত সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের উপর ভিত্তি করে। অতএব, লিথিয়াম নিওবেটের জন্য, এর কম আলো শোষণ হার এবং অন্তরক বৈশিষ্ট্যগুলি নিঃসন্দেহে এটিকে ফটোডিটেক্টর গবেষকদের পছন্দের নয়, এমনকি ক্ষেত্রের একটি কঠিন বিন্দুও করে তোলে। যাইহোক, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে হেটেরোজংশন প্রযুক্তির বিকাশ লিথিয়াম নিওবেট ভিত্তিক ফটোডিটেক্টরগুলির গবেষণায় আশা জাগিয়ে তুলেছে। শক্তিশালী আলো শোষণ বা চমৎকার পরিবাহিতা সহ অন্যান্য উপকরণগুলিকে এর ত্রুটিগুলি পূরণ করার জন্য লিথিয়াম নিওবেটের সাথে ভিন্ন ভিন্নভাবে সংহত করা যেতে পারে। একই সময়ে, লিথিয়াম নিওবেটের স্বতঃস্ফূর্ত মেরুকরণ প্ররোচিত পাইরোইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি এর কাঠামোগত অ্যানিসোট্রপির কারণে আলোর বিকিরণের অধীনে তাপে রূপান্তরিত করে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে, যার ফলে অপটোইলেকট্রনিক সনাক্তকরণের জন্য পাইরোইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি পরিবর্তন করা যায়। এই তাপীয় প্রভাবের ওয়াইডব্যান্ড এবং স্ব-ড্রাইভিংয়ের সুবিধা রয়েছে এবং এটি অন্যান্য উপকরণের সাথে ভালভাবে পরিপূরক এবং মিশ্রিত করা যেতে পারে। তাপীয় এবং আলোক-ইলেকট্রিক প্রভাবের সমকালীন ব্যবহার লিথিয়াম নিওবেট ভিত্তিক ফটোডিটেক্টরগুলির জন্য একটি নতুন যুগের সূচনা করেছে, যা ডিভাইসগুলিকে উভয় প্রভাবের সুবিধাগুলিকে একত্রিত করতে সক্ষম করে। এবং ত্রুটিগুলি পূরণ করতে এবং সুবিধার পরিপূরক একীকরণ অর্জন করতে, এটি সাম্প্রতিক বছরগুলিতে একটি গবেষণার হটস্পট। এছাড়াও, লিথিয়াম নিওবেট সনাক্তকরণের অসুবিধা সমাধানের জন্য আয়ন ইমপ্লান্টেশন, ব্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং এবং ডিফেক্ট ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের ব্যবহারও একটি ভাল পছন্দ। যাইহোক, লিথিয়াম নিওবেটের উচ্চ প্রক্রিয়াকরণ অসুবিধার কারণে, এই ক্ষেত্রটি এখনও কম ইন্টিগ্রেশন, অ্যারে ইমেজিং ডিভাইস এবং সিস্টেম এবং অপর্যাপ্ত কর্মক্ষমতার মতো বড় চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি, যার গবেষণা মূল্য এবং স্থান দুর্দান্ত।

চিত্র ১, LN ব্যান্ডগ্যাপের মধ্যে ত্রুটিপূর্ণ শক্তি অবস্থাগুলিকে ইলেকট্রন দাতা কেন্দ্র হিসেবে ব্যবহার করে, দৃশ্যমান আলো উত্তেজনার অধীনে পরিবাহী ব্যান্ডে মুক্ত চার্জ বাহক তৈরি হয়। পূর্ববর্তী পাইরোইলেকট্রিক LN ফটোডিটেক্টরের তুলনায়, যা সাধারণত প্রায় 100Hz এর প্রতিক্রিয়া গতিতে সীমাবদ্ধ ছিল, এটিএলএন ফটোডিটেক্টরএর দ্রুত প্রতিক্রিয়া গতি ১০kHz পর্যন্ত। এদিকে, এই গবেষণায়, এটি প্রমাণিত হয়েছে যে ম্যাগনেসিয়াম আয়ন ডোপড LN ১০kHz পর্যন্ত প্রতিক্রিয়া সহ বাহ্যিক আলো মড্যুলেশন অর্জন করতে পারে। এই কাজটি উচ্চ-কর্মক্ষমতা এবংউচ্চ-গতির এলএন ফটোডিটেক্টরসম্পূর্ণরূপে কার্যকরী একক-চিপ সমন্বিত LN ফোটোনিক চিপ নির্মাণে।
সংক্ষেপে, গবেষণা ক্ষেত্রপাতলা ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট ফটোডিটেক্টরএর গুরুত্বপূর্ণ বৈজ্ঞানিক তাৎপর্য এবং বিশাল ব্যবহারিক প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। ভবিষ্যতে, প্রযুক্তির বিকাশ এবং গবেষণার গভীরতার সাথে সাথে, থিন ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট (LN) ফটোডিটেক্টরগুলি উচ্চতর ইন্টিগ্রেশনের দিকে বিকশিত হবে। উচ্চ-কর্মক্ষমতা, দ্রুত প্রতিক্রিয়া এবং সমস্ত দিক থেকে ওয়াইডব্যান্ড থিন ফিল্ম লিথিয়াম নিওবেট ফটোডিটেক্টর অর্জনের জন্য বিভিন্ন ইন্টিগ্রেশন পদ্ধতির সমন্বয় বাস্তবে পরিণত হবে, যা অন-চিপ ইন্টিগ্রেশন এবং বুদ্ধিমান সেন্সিং ক্ষেত্রগুলির বিকাশকে ব্যাপকভাবে উৎসাহিত করবে এবং নতুন প্রজন্মের ফোটোনিক্স অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আরও সম্ভাবনা প্রদান করবে।