Propusnost i osjetljivost fotodetektora

Propusnost i odzivnostfotodetektor
Prilikom odabiraInGaAs fotodetektor, svi žele iste specifikacije: propusnost iznad 10 GHz i odziv iznad 0,9 A/W. Nakon što sam prelistao priručnik s podacima, otkrio sam da se ova dva broja nikada ne pojavljuju na istom uređaju. Odziv visoke propusnosti je samo 0,5 A/W ili čak i niži, a propusnost visoke odzivnosti je samo nekoliko stotina MHz. Ovo nije tehnički problem s proizvođačem - propusnost i odziv su inherentno kontradiktorni u fizici i ne možete imati oboje.
Propusnost i osjetljivost su inherentna fizička kontradikcija, ukorijenjena u kritičnom parametru debljine apsorpcijskog sloja. Povećanje debljine apsorpcijskog sloja može poboljšati kvantnu učinkovitost (time povećavajući osjetljivost), ali će produžiti vrijeme prolaska nositelja naboja (time smanjujući propusnost); obrnuto. Stoga se pri dizajnu standardnog PIN fotodetektora to dvoje ne može postići istovremeno i mora se napraviti kompromis.
Plan za proboj u industriji:
Članak predstavlja tri vrhunska tehnološka rješenja usmjerena na rješavanje ove kontradikcije:
Detektor valovodnog tipa (WGPD): Odvaja smjer širenja svjetlosti od smjera drifta nositelja naboja i može istovremeno postići visoku propusnost (>40 GHz) i visoku osjetljivost (>0,9 A/W), ali proces je složen, a trošak visok.
Jednosmjerni fotodetektor transporta nosioca naboja (UTC-PD): Koristeći samo elektrone velike brzine za drift, eliminirajući ograničenje vremena tranzita rupa male brzine, može postići izuzetno visoku propusnost (>100 GHz) i često se koristi u brzim komunikacijskim i terahercnim poljima.
Fotodetektor s poboljšanom rezonantnom šupljinom (RCE): Korištenjem optičke rezonantne šupljine za poboljšanje apsorpcije svjetlosti unutar tankog apsorpcijskog sloja, može se poboljšati kvantna učinkovitost uz održavanje visoke propusnosti, ali je radna propusnost (spektralni raspon) vrlo uzak.
Prijedlozi za odabir projekta:
Razjasnite prioritet zahtjeva: Prvo, odredite minimalni zahtjev za propusnošću fotodetektora na temelju propusnosti signala sustava (s marginom od 3 puta), a zatim odaberite model s najvećom odzivnošću u tom uvjetu.
Obratite pozornost na pokazatelje na razini sustava: Prilikom procjene fotodetektora treba obratiti pozornost na ekvivalentnu snagu šuma (NEP) i osjetljivost sustava, ne samo na odziv, jer visoku osjetljivost može pratiti visok šum.
RazmotritiAPD fotodetektorU scenarijima male snage: Kada je snaga upadne svjetlosti vrlo niska (npr. <-30 dBm), unutarnje pojačanje lavinske fotodiode (APD fotodetektora) može se koristiti za kompenzaciju nedostatka odziva, ali treba obratiti pozornost na njezin višak šuma.
Odabir WGPD-a s visokim zahtjevima i visokim budžetom: Kada sustav zahtijeva i visoku propusnost (>20 GHz) i visoku osjetljivost (>0,8 A/W), standardni PIN detektori ne mogu zadovoljiti zahtjeve, te treba izravno razmotriti detektore valovodnog tipa (WGPD).
Zaključak:
Kompromis odziva propusnosti standardaPIN fotodetektorje inherentno fizičko ograničenje. Da bi se to uistinu prevladalo, potrebna je inovacija u strukturi uređaja kako bi se fizički odvojio put apsorpcije svjetlosti od puta tranzita nosioca naboja. Vrhunska rješenja imaju izvrsne performanse, ali visoke troškove, pa je u inženjerskoj praksi i dalje potrebno napraviti kompromis između specifičnih scenarija primjene, zahtjeva za performansama i proračuna.