研究目的
展示了非晶硅光电探测器与在可见光波长范围内运行的薄膜铌酸锂光子平台的集成。
研究成果
已证实非晶硅光电探测器与铌酸锂光子平台在可见光波段实现集成，在850纳米波长下响应度达37毫安/瓦，实测工作带宽为10兆赫。该集成光子器件的高光谱选择性使其成为检测与传感应用的理想选择。
研究不足
集成光电探测器的实测工作带宽为10 MHz，该数值受限于所使用的跨阻放大器。非晶硅探测器的响应度比商用硅和铟镓砷探测器低约一个数量级。
1：实验设计与方法选择：
本研究涉及金属-半导体-金属光电探测器与薄膜铌酸锂光子平台的集成设计、制备与整合。
2：样本选择与数据来源：
器件制备于绝缘体上铌酸锂（LNOI）芯片，其顶层为300纳米X切铌酸锂层，下方为2微米厚热氧化硅层。
3：实验设备与材料清单：
电子束光刻仪（Elionix）、基于Ar+等离子体的反应离子刻蚀（RIE）仪、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）仪、快速热处理（RTP）、扫描电子显微镜（SEM）、可调谐New Focus激光器、1微米光斑透镜光纤（Oz Optics）、SMU Keithley 2400、M2 SolsTis可调谐激光器、跨阻放大器（TIA）（AD848830）、矢量网络分析仪（VNA）、商用光电探测器（PDA36A，Thorlabs）。
4：M2 SolsTis可调谐激光器、跨阻放大器（TIA）（AD848830）、矢量网络分析仪（VNA）、商用光电探测器（PDA36A，Thorlabs）。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：光子结构通过电子束抗蚀剂定义，经RIE转移至铌酸锂层，覆盖二氧化硅层后开窗探测器区域，沉积非晶硅吸收层并进行图案化，最后形成金电极。
5：数据分析方法：
测量光电探测器响应度，并通过直接调制可调谐激光器评估其时间响应特性。
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lensed fiber
1 μm spot size
Oz Optics
End-fire coupling technique.
-
commercial photodetector
PDA36A
Thorlabs
Detecting the remaining optical energy transmitted through the photodetector.
-
electron beam lithography tool
Elionix
Defining the photonic structures in electron-beam resist.
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reactive ion etching tool
RIE
Transferring the pattern into the LN layer.
-
plasma-enhanced chemical vapor deposition tool
PECVD
Depositing a silicon dioxide layer and the a-Si absorption layer.
-
rapid thermal processing
RTP
Annealing the a-Si layer.
-
tunable new focus velocity laser
Coupling TE polarized 635 nm light into the waveguide.
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SMU Keithley 2400
Keithley
Measuring an I-V characteristic of the integrated photodetector.
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M2 SolsTis tunable laser
Measuring a responsivity of the photodetector as a function of a wavelength.
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transimpedance amplifier
AD848830
Amplifying the detected electrical signal from the photodetector.
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vector network analyzer
VNA
Measuring the electro-optical bandwidth of the detector.
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