PredstavitiInGaAs fotodetektor
InGaAs je jedan od idealnih materijala za postizanje visokog odziva ifotodetektor velike brzinePrvo, InGaAs je poluvodički materijal s izravnim energetskim procijepom, a širina njegovog energetskog procijepa može se regulirati omjerom između In i Ga, što omogućuje detekciju optičkih signala različitih valnih duljina. Među njima, In0.53Ga0.47As savršeno se podudara s rešetkom InP supstrata i ima vrlo visok koeficijent apsorpcije svjetlosti u optičkom komunikacijskom pojasu. Najčešće se koristi u pripremi...fotodetektora također ima i najizvrsnije performanse tamne struje i osjetljivosti. Drugo, i InGaAs i InP materijali imaju relativno visoke brzine drifta elektrona, s njihovim zasićenim brzinama drifta elektrona koje su približno 1×107 cm/s. U međuvremenu, pod specifičnim električnim poljima, InGaAs i InP materijali pokazuju efekte prekoračenja brzine elektrona, s brzinama prekoračenja koje dosežu 4×107 cm/s odnosno 6×107 cm/s. To pogoduje postizanju veće propusnosti prijelaza. Trenutno su InGaAs fotodetektori najpopularniji fotodetektor za optičku komunikaciju. Na tržištu je najčešća metoda spajanja površinskog incidenta. Proizvodi detektora površinskog incidenta s 25 Gaud/s i 56 Gaud/s već se mogu masovno proizvoditi. Razvijeni su i detektori površinskog incidenta manjih dimenzija, s povratnim incidentom i velikom propusnošću, uglavnom za primjene kao što su velika brzina i visoka zasićenost. Međutim, zbog ograničenja njihovih metoda spajanja, detektore površinskog incidenta teško je integrirati s drugim optoelektroničkim uređajima. Stoga su, s rastućom potražnjom za optoelektroničkom integracijom, valovodno spojeni InGaAs fotodetektori s izvrsnim performansama i prikladni za integraciju postupno postali fokus istraživanja. Među njima, komercijalni InGaAs fotodetektorski moduli od 70 GHz i 110 GHz gotovo svi koriste valovodno spojene strukture. Prema razlici u materijalima podloge, valovodno spojeni InGaAs fotodetektori mogu se uglavnom klasificirati u dvije vrste: na bazi INP-a i na bazi Si. Materijal epitaksijalni na InP podlogama ima visoku kvalitetu i prikladniji je za izradu visokoučinkovitih uređaja. Međutim, za materijale III-V skupine uzgojene ili spojene na Si podlogama, zbog različitih neusklađenosti između InGaAs materijala i Si podloga, kvaliteta materijala ili međupovršine je relativno loša i još uvijek postoji znatan prostor za poboljšanje performansi uređaja.
Stabilnost fotodetektora u različitim okruženjima primjene, posebno u ekstremnim uvjetima, također je jedan od ključnih čimbenika u praktičnoj primjeni. Posljednjih godina, nove vrste detektora poput perovskita, organskih i dvodimenzionalnih materijala, koji su privukli mnogo pažnje, još uvijek se suočavaju s mnogim izazovima u pogledu dugoročne stabilnosti zbog činjenice da su sami materijali lako pod utjecajem čimbenika okoline. U međuvremenu, proces integracije novih materijala još uvijek nije zreo i potrebna su daljnja istraživanja za proizvodnju velikih razmjera i konzistentnost performansi.
Iako uvođenje induktora trenutno može učinkovito povećati propusnost uređaja, nije popularno u digitalnim optičkim komunikacijskim sustavima. Stoga je jedan od smjerova istraživanja fotodetektora velike brzine kako izbjeći negativne utjecaje kako bi se dodatno smanjili parazitski RC parametri uređaja. Drugo, kako se propusnost fotodetektora spojenih valovodom nastavlja povećavati, ponovno se počinje pojavljivati ograničenje između propusnosti i osjetljivosti. Iako su zabilježeni Ge/Si fotodetektori i InGaAs fotodetektor s propusnošću od 3dB većom od 200GHz, njihova osjetljivost nije zadovoljavajuća. Kako povećati propusnost uz održavanje dobre osjetljivosti važna je istraživačka tema, koja može zahtijevati uvođenje novih materijala kompatibilnih s procesom (visoka mobilnost i visoki koeficijent apsorpcije) ili novih struktura uređaja velike brzine. Osim toga, kako se propusnost uređaja povećava, scenariji primjene detektora u mikrovalnim fotonskim vezama postupno će se povećavati. Za razliku od malog upada optičke snage i detekcije visoke osjetljivosti u optičkoj komunikaciji, ovaj scenarij, na temelju velike propusnosti, ima visoku potražnju za snagom zasićenja za upad velike snage. Međutim, uređaji s velikom propusnošću obično usvajaju strukture malih dimenzija, pa nije lako izraditi fotodetektore velike brzine i velike snage zasićenja, te bi mogle biti potrebne daljnje inovacije u ekstrakciji nosioca i odvođenju topline uređaja. Konačno, smanjenje tamne struje detektora velike brzine ostaje problem koji fotodetektori s neusklađenošću rešetke moraju riješiti. Tamna struja uglavnom je povezana s kvalitetom kristala i površinskim stanjem materijala. Stoga ključni procesi poput visokokvalitetne heteroepitaksije ili vezivanja u sustavima s neusklađenošću rešetke zahtijevaju više istraživanja i ulaganja.
Vrijeme objave: 20. kolovoza 2025.