BemutatkozásInGaAs fotodetektor
Az InGaAs az egyik ideális anyag a nagy válaszidejű ésnagy sebességű fotodetektorElőször is, az InGaAs egy közvetlen tiltott sávú félvezető anyag, amelynek tiltott sávjának szélessége az In és Ga arányával szabályozható, lehetővé téve a különböző hullámhosszú optikai jelek detektálását. Ezek közül az In0,53Ga0,47As tökéletesen illeszkedik az InP szubsztrátrácshoz, és nagyon magas fényelnyelési együtthatóval rendelkezik az optikai kommunikációs sávban. Ez a legszélesebb körben használt anyag a következők előállításában:fotodetektor...és a legkiemelkedőbb sötétárammal és érzékenységgel is rendelkezik. Másodszor, mind az InGaAs, mind az InP anyagok viszonylag magas elektronsodródási sebességgel rendelkeznek, a telített elektronsodródási sebességük egyaránt körülbelül 1×10⁷ cm/s. Eközben bizonyos elektromos terek alatt az InGaAs és az InP anyagok elektronsebesség-túllépési hatásokat mutatnak, túllépési sebességük eléri a 4×10⁷ cm/s, illetve a 6×10⁷ cm/s értéket. Ez elősegíti a nagyobb keresztezési sávszélesség elérését. Jelenleg az InGaAs fotodetektorok a legelterjedtebb fotodetektorok az optikai kommunikációhoz. A piacon a felületi beesés csatolási módszer a leggyakoribb. A 25 Gaud/s és 56 Gaud/s sebességű felületi beesésdetektoros termékek már tömeggyártásban is gyárthatók. Kisebb méretű, visszaeső és nagy sávszélességű felületi beesésdetektorokat is fejlesztettek ki, főként olyan alkalmazásokhoz, mint a nagy sebesség és a nagy telítettség. A csatolási módszereik korlátai miatt azonban a felületi beesésdetektorok nehezen integrálhatók más optoelektronikai eszközökkel. Ezért az optoelektronikai integráció iránti növekvő igény miatt a kiváló teljesítményű és integrációra alkalmas hullámvezető-csatolt InGaAs fotodetektorok fokozatosan a kutatások középpontjába kerültek. Ezek közül a 70 GHz-es és 110 GHz-es kereskedelmi forgalomban kapható InGaAs fotodetektor modulok szinte kivétel nélkül hullámvezető-csatolási struktúrákat alkalmaznak. Az aljzatanyagok különbségei szerint a hullámvezető-csatolt InGaAs fotodetektorok főként két típusba sorolhatók: INP-alapú és Si-alapú. Az InP-hordozókon epitaxiálisan rögzített anyag kiváló minőségű, és alkalmasabb nagy teljesítményű eszközök gyártására. A Si-hordozókra növesztett vagy ragasztott III-V csoportú anyagok esetében azonban az InGaAs anyagok és a Si-hordozók közötti különféle eltérések miatt az anyag- vagy határfelület minősége viszonylag gyenge, és az eszközök teljesítményében még jelentős a fejlesztési lehetőség.
A fotodetektor stabilitása különböző alkalmazási környezetekben, különösen extrém körülmények között, szintén az egyik kulcsfontosságú tényező a gyakorlati alkalmazásokban. Az elmúlt években az új típusú detektorok, mint például a perovszkit, a szerves és a kétdimenziós anyagok, amelyek nagy figyelmet kaptak, továbbra is számos kihívással néznek szembe a hosszú távú stabilitás tekintetében, mivel maguk az anyagok könnyen ki vannak téve a környezeti tényezők hatásainak. Eközben az új anyagok integrációs folyamata még mindig nem érett ki, és további kutatásokra van szükség a nagymértékű gyártás és a teljesítmény konzisztenciája érdekében.
Bár az induktorok bevezetése jelenleg hatékonyan növelheti az eszközök sávszélességét, a digitális optikai kommunikációs rendszerekben nem népszerű. Ezért a negatív hatások elkerülése és az eszköz parazita RC paramétereinek további csökkentése a nagysebességű fotodetektorok egyik kutatási iránya. Másodszor, ahogy a hullámvezetővel csatolt fotodetektorok sávszélessége folyamatosan növekszik, a sávszélesség és az érzékenység közötti korlát ismét megjelenik. Bár beszámoltak már olyan Ge/Si fotodetektorokról és InGaAs fotodetektorokról, amelyek 3 dB sávszélessége meghaladja a 200 GHz-et, ezek érzékenysége nem kielégítő. A sávszélesség növelése a jó érzékenység fenntartása mellett fontos kutatási téma, amely új, folyamatkompatibilis anyagok (nagy mobilitás és nagy abszorpciós együttható) vagy új, nagysebességű eszközstruktúrák bevezetését igényelheti. Ezenkívül az eszköz sávszélességének növekedésével a detektorok mikrohullámú fotonikus kapcsolatokban való alkalmazási lehetőségei fokozatosan bővülnek. Az optikai kommunikációban alkalmazott kis optikai teljesítménybeeséssel és nagy érzékenységű detektálással ellentétben ez a forgatókönyv a nagy sávszélesség alapján nagy telítési teljesítményigénnyel jár a nagy teljesítményű beeséshez. A nagy sávszélességű eszközök azonban általában kis méretű szerkezeteket alkalmaznak, így nem könnyű nagy sebességű és nagy telítési teljesítményű fotodetektorokat gyártani, és további innovációkra lehet szükség az eszközök töltéshordozó-kivonásában és hőelvezetésében. Végül a nagy sebességű detektorok sötétáramának csökkentése továbbra is olyan probléma, amelyet a rácseltérés nélküli fotodetektoroknak meg kell oldaniuk. A sötétáram főként az anyag kristályminőségéhez és felületi állapotához kapcsolódik. Ezért az olyan kulcsfontosságú folyamatok, mint a kiváló minőségű heteroepitaxia vagy a rácseltérés nélküli rendszerek alatti kötés, több kutatást és beruházást igényelnek.
Közzététel ideje: 2025. augusztus 20.