IntroduceFotodetector InGaAs
InGaAs este unul dintre materialele ideale pentru obținerea unui răspuns ridicat șifotodetector de mare vitezăÎn primul rând, InGaAs este un material semiconductor cu bandă interzisă directă, iar lățimea benzii sale interzise poate fi reglată prin raportul dintre In și Ga, permițând detectarea semnalelor optice de diferite lungimi de undă. Printre acestea, In0.53Ga0.47As se potrivește perfect cu rețeaua substratului InP și are un coeficient de absorbție a luminii foarte ridicat în banda de comunicații optice. Este cel mai utilizat în prepararea...fotodetectorși are, de asemenea, cele mai remarcabile performanțe la curentul de întuneric și la responsivitate. În al doilea rând, atât materialele InGaAs, cât și cele InP au viteze de derivă a electronilor relativ mari, vitezele lor de derivă a electronilor saturați fiind ambele de aproximativ 1×10⁷ cm/s. Între timp, în condiții de câmpuri electrice specifice, materialele InGaAs și InP prezintă efecte de depășire a vitezei electronilor, vitezele lor de depășire ajungând la 4×10⁷ cm/s și, respectiv, 6×10⁷ cm/s. Acest lucru este propice pentru obținerea unei lățimi de bandă de traversare mai mari. În prezent, fotodetectoarele InGaAs sunt cele mai utilizate fotodetectoare pentru comunicațiile optice. Pe piață, metoda de cuplare incidentă la suprafață este cea mai comună. Detectoarele incidente la suprafață cu 25 Gaud/s și 56 Gaud/s pot fi deja produse în masă. Au fost dezvoltate și detectoare incidente la suprafață de dimensiuni mai mici, cu incidente inverse și cu lățime de bandă mare, în principal pentru aplicații precum viteză mare și saturație ridicată. Cu toate acestea, din cauza limitărilor metodelor lor de cuplare, detectoarele incidente la suprafață sunt dificil de integrat cu alte dispozitive optoelectronice. Prin urmare, odată cu creșterea cererii de integrare optoelectronică, fotodetectoarele InGaAs cuplate cu ghid de undă, cu performanțe excelente și potrivite pentru integrare, au devenit treptat în centrul cercetării. Printre acestea, modulele fotodetectoare InGaAs comerciale de 70 GHz și 110 GHz adoptă aproape toate structuri de cuplare cu ghid de undă. În funcție de diferența dintre materialele substratului, fotodetectoarele InGaAs cuplate cu ghid de undă pot fi clasificate în principal în două tipuri: pe bază de INP și pe bază de Si. Materialul epitaxial de pe substraturile InP are o calitate ridicată și este mai potrivit pentru fabricarea de dispozitive de înaltă performanță. Cu toate acestea, pentru materialele din grupa III-V crescute sau lipite pe substraturi de Si, din cauza diverselor neconcordanțe dintre materialele InGaAs și substraturile de Si, calitatea materialului sau a interfeței este relativ slabă și există încă un loc considerabil pentru îmbunătățirea performanței dispozitivelor.
Stabilitatea fotodetectorului în diverse medii de aplicare, în special în condiții extreme, este, de asemenea, unul dintre factorii cheie în aplicațiile practice. În ultimii ani, noi tipuri de detectoare, cum ar fi perovskitul, materialele organice și bidimensionale, care au atras multă atenție, se confruntă încă cu multe provocări în ceea ce privește stabilitatea pe termen lung, datorită faptului că materialele în sine sunt ușor afectate de factorii de mediu. Între timp, procesul de integrare a noilor materiale nu este încă matur, fiind necesare explorări suplimentare pentru producția la scară largă și consecvența performanței.
Deși introducerea inductoarelor poate crește eficient lățimea de bandă a dispozitivelor în prezent, aceasta nu este populară în sistemele digitale de comunicații optice. Prin urmare, una dintre direcțiile de cercetare în domeniul fotodetectoarelor de mare viteză este modul de evitare a impactului negativ pentru a reduce în continuare parametrii RC paraziți ai dispozitivului. În al doilea rând, pe măsură ce lățimea de bandă a fotodetectoarelor cuplate cu ghid de undă continuă să crească, constrângerea dintre lățimea de bandă și reactivitate începe să apară din nou. Deși au fost raportate fotodetectoare Ge/Si și fotodetectoare InGaAs cu o lățime de bandă de 3dB care depășește 200 GHz, reactivitatea acestora nu este satisfăcătoare. Cum să crești lățimea de bandă menținând în același timp o bună reactivitate este un subiect important de cercetare, care poate necesita introducerea de noi materiale compatibile cu procesul (mobilitate ridicată și coeficient de absorbție ridicat) sau structuri noi de dispozitive de mare viteză pentru a fi rezolvate. În plus, pe măsură ce lățimea de bandă a dispozitivului crește, scenariile de aplicare a detectoarelor în legăturile fotonice cu microunde vor crește treptat. Spre deosebire de incidența mică a puterii optice și detecția cu sensibilitate ridicată în comunicațiile optice, acest scenariu, bazat pe lățimea de bandă mare, are o cerere mare de putere de saturație pentru incidența de putere mare. Cu toate acestea, dispozitivele cu lățime de bandă mare adoptă de obicei structuri de dimensiuni mici, astfel încât nu este ușor să se fabrice fotodetectoare de mare viteză și cu putere de saturație mare, și ar putea fi necesare inovații suplimentare în extracția purtătorilor și disiparea căldurii dispozitivelor. În cele din urmă, reducerea curentului de întuneric al detectoarelor de mare viteză rămâne o problemă pe care fotodetectoarele cu nepotrivire de rețea trebuie să o rezolve. Curentul de întuneric este legat în principal de calitatea cristalului și de starea suprafeței materialului. Prin urmare, procese cheie, cum ar fi heteroepitaxia de înaltă calitate sau lipirea în sisteme cu nepotrivire de rețea, necesită mai multă cercetare și investiții.
Data publicării: 20 august 2025