Ātrgaitas fotodetektorus ievieš InGaAs fotodetektori

Ātrgaitas fotodetektorus ieviešInGaAs fotodetektori

Ātrgaitas fotodetektorioptisko sakaru jomā galvenokārt ietilpst III-V InGaAs fotodetektori un IV pilns Si un Ge/Si fotodetektori. Pirmais ir tradicionāls tuvās infrasarkanais detektors, kas ir dominējis jau ilgu laiku, savukārt otrais paļaujas uz silīcija optisko tehnoloģiju, lai kļūtu par uzlecošu zvaigzni, un pēdējos gados tas ir karstais punkts starptautisko optoelektronikas pētījumu jomā. Turklāt jauni detektori, kuru pamatā ir perovskīts, organiskie un divdimensiju materiāli, strauji attīstās, pateicoties vieglās apstrādes priekšrocībām, labajai elastībai un regulējamām īpašībām. Pastāv būtiskas atšķirības starp šiem jaunajiem detektoriem un tradicionālajiem neorganiskajiem fotodetektoriem materiālu īpašībās un ražošanas procesos. Perovskīta detektoriem ir izcilas gaismas absorbcijas īpašības un efektīva lādiņa transportēšanas jauda, ​​organisko materiālu detektori tiek plaši izmantoti to zemo izmaksu un elastīgo elektronu dēļ, un divdimensiju materiālu detektori ir piesaistījuši lielu uzmanību to unikālo fizisko īpašību un augstās nesēja mobilitātes dēļ. Tomēr, salīdzinot ar InGaAs un Si/Ge detektoriem, jaunie detektori joprojām ir jāuzlabo ilgtermiņa stabilitātes, ražošanas brieduma un integrācijas ziņā.

InGaAs ir viens no ideāliem materiāliem liela ātruma un augstas reakcijas fotodetektoru realizēšanai. Pirmkārt, InGaAs ir tieša joslas spraugas pusvadītāju materiāls, un tā joslas platumu var regulēt ar attiecību starp In un Ga, lai panāktu dažādu viļņu garumu optisko signālu noteikšanu. Tostarp In0.53Ga0.47As ir lieliski saskaņots ar InP substrāta režģi, un tam ir liels gaismas absorbcijas koeficients optiskās komunikācijas joslā, kas ir visplašāk izmantotais, sagatavojotfotodetektori, un arī tumšā strāva un atsaucības veiktspēja ir vislabākā. Otrkārt, gan InGaAs, gan InP materiāliem ir augsts elektronu dreifēšanas ātrums, un to piesātināto elektronu dreifēšanas ātrums ir aptuveni 1 × 107 cm/s. Tajā pašā laikā InGaAs un InP materiāliem ir elektronu ātruma pārsnieguma efekts noteiktā elektriskā laukā. Pārsnieguma ātrumu var iedalīt 4 × 107 cm/s un 6 × 107 cm/s, kas veicina lielāku nesēja laika ierobežotu joslas platumu. Pašlaik InGaAs fotodetektors ir visizplatītākais optiskās komunikācijas fotodetektors, un tirgū galvenokārt tiek izmantota virsmas biežuma savienojuma metode, un ir realizēti 25 Gbaud/s un 56 Gbaud/s virsmas biežuma detektoru produkti. Ir izstrādāti arī mazāka izmēra, atpakaļgaitas un lielas joslas platuma virsmas biežuma detektori, kas galvenokārt ir piemēroti liela ātruma un augsta piesātinājuma lietojumiem. Tomēr virsmas krītošo zondi ierobežo tās savienojuma režīms, un to ir grūti integrēt ar citām optoelektroniskām ierīcēm. Tāpēc, uzlabojot optoelektroniskās integrācijas prasības, viļņvada savienoti InGaAs fotodetektori ar izcilu veiktspēju un piemēroti integrācijai pakāpeniski ir kļuvuši par pētījumu uzmanības centrā, starp kuriem gandrīz visi komerciālie 70 GHz un 110 GHz InGaAs fotozondes moduļi izmanto viļņvada savienojuma struktūras. Atkarībā no dažādiem substrāta materiāliem viļņvada savienojuma InGaAs fotoelektrisko zondi var iedalīt divās kategorijās: InP un Si. Epitaksiālajam materiālam uz InP substrāta ir augsta kvalitāte un tas ir vairāk piemērots augstas veiktspējas ierīču sagatavošanai. Tomēr dažādas neatbilstības starp III-V materiāliem, InGaAs materiāliem un Si substrātiem, kas audzēti vai savienoti uz Si substrātiem, rada salīdzinoši sliktu materiālu vai saskarnes kvalitāti, un ierīces veiktspējai joprojām ir daudz iespēju uzlabot.