PredstaviťInGaAs fotodetektor
InGaAs je jeden z ideálnych materiálov na dosiahnutie vysokej odozvy avysokorýchlostný fotodetektorPo prvé, InGaAs je polovodičový materiál s priamou šírkou zakázaného pásma a jeho šírka zakázaného pásma sa dá regulovať pomerom medzi In a Ga, čo umožňuje detekciu optických signálov rôznych vlnových dĺžok. Spomedzi nich je In0,53Ga0,47As dokonale prispôsobený mriežke substrátu InP a má veľmi vysoký koeficient absorpcie svetla v optickom komunikačnom pásme. Je najpoužívanejší pri príprave...fotodetektora tiež má najvynikajúci výkon v tmavom prúde a citlivosti. Po druhé, materiály InGaAs aj InP majú relatívne vysoké rýchlosti driftu elektrónov, pričom ich nasýtené rýchlosti driftu elektrónov sú približne 1 × 107 cm/s. Medzitým, pri špecifických elektrických poliach, materiály InGaAs a InP vykazujú efekt prekročenia rýchlosti elektrónov, pričom ich rýchlosti prekročenia dosahujú 4 × 107 cm/s a 6 × 107 cm/s. To prispieva k dosiahnutiu vyššej šírky pásma kríženia. V súčasnosti sú fotodetektory InGaAs najbežnejším fotodetektorom pre optickú komunikáciu. Na trhu je najbežnejšia metóda prepojenia s dopadom na povrch. Produkty detektorov dopadu na povrch s 25 Gaud/s a 56 Gaud/s sa už môžu hromadne vyrábať. Boli vyvinuté aj menšie detektory dopadu na povrch s zadným dopadom a s vysokou šírkou pásma, najmä pre aplikácie, ako je vysoká rýchlosť a vysoká saturácia. Vzhľadom na obmedzenia ich metód prepojenia je však ťažké integrovať detektory dopadu na povrch s inými optoelektronickými zariadeniami. Preto sa s rastúcim dopytom po optoelektronickej integrácii postupne dostávajú do centra výskumu vlnovodovo viazané InGaAs fotodetektory s vynikajúcim výkonom a vhodnými na integráciu. Medzi nimi takmer všetky komerčné InGaAs fotodetektorové moduly s frekvenciami 70 GHz a 110 GHz používajú vlnovodové väzbové štruktúry. Podľa rozdielu v materiáloch substrátu možno vlnovodovo viazané InGaAs fotodetektory rozdeliť hlavne na dva typy: na báze INP a na báze Si. Materiál epitaxný na substrátoch InP má vysokú kvalitu a je vhodnejší na výrobu vysokovýkonných zariadení. Avšak pri materiáloch skupiny III-V pestovaných alebo viazaných na Si substrátoch je kvalita materiálu alebo rozhrania relatívne nízka v dôsledku rôznych nezrovnalostí medzi materiálmi InGaAs a Si substrátmi relatívne nízka a stále existuje značný priestor na zlepšenie výkonu zariadení.
Stabilita fotodetektora v rôznych aplikačných prostrediach, najmä v extrémnych podmienkach, je tiež jedným z kľúčových faktorov v praktických aplikáciách. V posledných rokoch nové typy detektorov, ako sú perovskity, organické a dvojrozmerné materiály, ktoré priťahujú veľkú pozornosť, stále čelia mnohým výzvam, pokiaľ ide o dlhodobú stabilitu, pretože samotné materiály sú ľahko ovplyvnené faktormi prostredia. Zároveň proces integrácie nových materiálov stále nie je zrelý a pre veľkovýrobu a konzistentnosť výkonu je stále potrebný ďalší výskum.
Hoci zavedenie induktorov môže v súčasnosti efektívne zvýšiť šírku pásma zariadení, nie je v digitálnych optických komunikačných systémoch populárne. Preto je jedným zo smerov výskumu vysokorýchlostných fotodetektorov otázka, ako sa vyhnúť negatívnym vplyvom a ďalej znížiť parazitické RC parametre zariadenia. Po druhé, s rastúcou šírkou pásma vlnovodovo prepojených fotodetektorov sa opäť začína objavovať obmedzenie medzi šírkou pásma a citlivosťou. Hoci boli hlásené Ge/Si fotodetektory a InGaAs fotodetektory so šírkou pásma 3 dB presahujúcou 200 GHz, ich citlivosť nie je uspokojivá. Ako zvýšiť šírku pásma pri zachovaní dobrej citlivosti je dôležitou výskumnou témou, ktorá si môže vyžadovať zavedenie nových procesne kompatibilných materiálov (vysoká mobilita a vysoký absorpčný koeficient) alebo nových vysokorýchlostných štruktúr zariadení. Okrem toho sa so zvyšujúcou sa šírkou pásma zariadenia budú postupne zvyšovať aj aplikačné scenáre detektorov v mikrovlnných fotonických spojoch. Na rozdiel od malého dopadu optického výkonu a vysokej citlivosti detekcie v optickej komunikácii má tento scenár na základe vysokej šírky pásma vysoký dopyt po saturačnom výkone pri dopade vysokého výkonu. Zariadenia s vysokou šírkou pásma však zvyčajne používajú malé štruktúry, takže nie je jednoduché vyrobiť vysokorýchlostné fotodetektory s vysokým saturačným výkonom a môžu byť potrebné ďalšie inovácie v oblasti extrakcie nosičov náboja a odvodu tepla zariadení. Nakoniec, zníženie tmavého prúdu vysokorýchlostných detektorov zostáva problémom, ktorý musia fotodetektory s mriežkovým nesúladom vyriešiť. Tmavý prúd súvisí hlavne s kvalitou kryštálov a povrchovým stavom materiálu. Preto kľúčové procesy, ako je vysokokvalitná heteroepitaxia alebo vytváranie väzieb v systémoch s mriežkovým nesúladom, si vyžadujú viac výskumu a investícií.
Čas uverejnenia: 20. augusta 2025