Iepazīstieties ar InGaAs fotodetektoru

IepazīstinātInGaAs fotodetektors

InGaAs ir viens no ideālākajiem materiāliem augstas reakcijas sasniegšanai.ātrgaitas fotodetektorsPirmkārt, InGaAs ir tiešas joslas spraugas pusvadītāju materiāls, un tā joslas spraugas platumu var regulēt ar In un Ga attiecību, ļaujot noteikt dažāda viļņu garuma optiskos signālus. Starp tiem In0,53Ga0,47As lieliski atbilst InP substrāta režģim un tam ir ļoti augsts gaismas absorbcijas koeficients optiskās komunikācijas joslā. Tas ir visplašāk izmantots, gatavojot...fotodetektorsun tam ir arī visizcilākā tumšās strāvas un jutības veiktspēja. Otrkārt, gan InGaAs, gan InP materiāliem ir relatīvi augsts elektronu dreifa ātrums, un to piesātinātā elektronu dreifa ātrums ir aptuveni 1 × 10⁷ cm/s. Tikmēr noteiktos elektriskajos laukos InGaAs un InP materiāliem ir elektronu ātruma pārsniegšanas efekti, un to pārsniegšanas ātrums sasniedz attiecīgi 4 × 10⁷ cm/s un 6 × 10⁷ cm/s. Tas veicina lielākas šķērsošanas joslas platuma sasniegšanu. Pašlaik InGaAs fotodetektori ir visizplatītākais fotodetektors optiskajai komunikācijai. Tirgū visizplatītākā ir virsmas incidenta savienošanas metode. Virsmas incidenta detektoru produktus ar 25 Gaud/s un 56 Gaud/s jau var ražot masveidā. Ir izstrādāti arī mazāka izmēra, pretkrišanas un liela joslas platuma virsmas incidenta detektori, galvenokārt tādiem lietojumiem kā liels ātrums un augsta piesātinājuma izmantošana. Tomēr to savienošanas metožu ierobežojumu dēļ virsmas incidentu detektorus ir grūti integrēt ar citām optoelektroniskām ierīcēm. Tāpēc, pieaugot pieprasījumam pēc optoelektroniskās integrācijas, viļņvadu savienotie InGaAs fotodetektori ar izcilu veiktspēju un piemēroti integrācijai pakāpeniski ir kļuvuši par pētījumu uzmanības centru. Starp tiem komerciālie InGaAs fotodetektoru moduļi ar frekvenci 70 GHz un 110 GHz gandrīz visi izmanto viļņvadu savienojuma struktūras. Atkarībā no substrātu materiālu atšķirībām viļņvadu savienotos InGaAs fotodetektorus galvenokārt var iedalīt divos veidos: uz INP bāzes un uz Si bāzes. Materiāls, kas epitaksiāli uzklāts uz InP substrātiem, ir augstas kvalitātes un ir piemērotāks augstas veiktspējas ierīču ražošanai. Tomēr III-V grupas materiāliem, kas audzēti vai savienoti uz Si substrātiem, dažādu neatbilstību dēļ starp InGaAs materiāliem un Si substrātiem materiāla vai saskarnes kvalitāte ir relatīvi slikta, un ierīču veiktspēju joprojām var ievērojami uzlabot.

Fotodetektora stabilitāte dažādās pielietojuma vidēs, īpaši ekstremālos apstākļos, ir arī viens no galvenajiem faktoriem praktiskajā pielietojumā. Pēdējos gados jauni detektoru veidi, piemēram, perovskīts, organiskie un divdimensiju materiāli, kas ir piesaistījuši lielu uzmanību, joprojām saskaras ar daudzām problēmām ilgtermiņa stabilitātes ziņā, jo paši materiāli ir viegli ietekmējami vides faktoru ietekmē. Tikmēr jaunu materiālu integrācijas process vēl nav nobriedis, un joprojām ir nepieciešama turpmāka izpēte liela mēroga ražošanai un veiktspējas konsekvencei.

Lai gan induktoru ieviešana pašlaik var efektīvi palielināt ierīču joslas platumu, tā nav populāra digitālajās optiskajās sakaru sistēmās. Tāpēc viens no ātrgaitas fotodetektoru pētījumu virzieniem ir tas, kā izvairīties no negatīvas ietekmes, lai vēl vairāk samazinātu ierīces parazītiskos RC parametrus. Otrkārt, tā kā viļņvadu savienoto fotodetektoru joslas platums turpina pieaugt, atkal sāk parādīties ierobežojums starp joslas platumu un jutību. Lai gan ir ziņots par Ge/Si fotodetektoriem un InGaAs fotodetektoriem ar 3 dB joslas platumu, kas pārsniedz 200 GHz, to jutība nav apmierinoša. Kā palielināt joslas platumu, vienlaikus saglabājot labu jutību, ir svarīga pētījumu tēma, kuras risināšanai var būt nepieciešams ieviest jaunus ar procesu saderīgus materiālus (augsta mobilitāte un augsts absorbcijas koeficients) vai jaunas ātrgaitas ierīču struktūras. Turklāt, palielinoties ierīces joslas platumam, detektoru pielietojuma scenāriji mikroviļņu fotoniskajās saitēs pakāpeniski palielināsies. Atšķirībā no mazas optiskās jaudas krišanas un augstas jutības noteikšanas optiskajā komunikācijā, šim scenārijam, pamatojoties uz lielu joslas platumu, ir liels piesātinājuma jaudas pieprasījums lielas jaudas krišanai. Tomēr ierīces ar lielu joslas platumu parasti izmanto maza izmēra struktūras, tāpēc nav viegli izgatavot ātrdarbīgus un augstas piesātinājuma jaudas fotodetektorus, un var būt nepieciešami turpmāki jauninājumi ierīču nesēju ekstrakcijā un siltuma izkliedē. Visbeidzot, ātrdarbīgu detektoru tumšās strāvas samazināšana joprojām ir problēma, kas jārisina fotodetektoriem ar režģa nesakritību. Tumšā strāva galvenokārt ir saistīta ar materiāla kristāla kvalitāti un virsmas stāvokli. Tāpēc tādiem galvenajiem procesiem kā augstas kvalitātes heteroepitaksija vai saistīšana zem režģa nesakritības sistēmām ir nepieciešami lielāki pētījumi un investīcijas.