ПредставитиInGaAs фотодетектор
InGaAs є одним із ідеальних матеріалів для досягнення високої чутливості тависокошвидкісний фотодетекторПо-перше, InGaAs – це напівпровідниковий матеріал із прямою забороненою зоною, ширину якого можна регулювати співвідношенням між In та Ga, що дозволяє виявляти оптичні сигнали різних довжин хвиль. Серед них In0.53Ga0.47As ідеально узгоджується з ґраткою підкладки InP та має дуже високий коефіцієнт поглинання світла в оптичній смузі зв'язку. Він є найбільш широко використовуваним у виробництві...фотодетектора також має найвидатніші показники темнового струму та чутливості. По-друге, як матеріали InGaAs, так і InP мають відносно високі швидкості дрейфу електронів, причому їх насичені швидкості дрейфу електронів становлять приблизно 1×107 см/с. Тим часом, під дією певних електричних полів, матеріали InGaAs та InP демонструють ефекти перевищення швидкості електронів, причому їх швидкості перевищення досягають 4×107 см/с та 6×107 см/с відповідно. Це сприяє досягненню вищої смуги пропускання. Наразі фотодетектори InGaAs є найпоширенішими фотодетекторами для оптичного зв'язку. На ринку найпоширенішим є метод зв'язку на поверхні. Продукти з детекторами на поверхні, що падають, з 25 Гауд/с та 56 Гауд/с вже можуть вироблятися масово. Також були розроблені менші за розміром, детектори на поверхні, що падають у зворотному напрямку, та детектори з високою смугою пропускання, головним чином для таких застосувань, як висока швидкість та високе насичення. Однак через обмеження їхніх методів зв'язку, детектори на поверхні, що падають, важко інтегрувати з іншими оптоелектронними пристроями. Отже, зі зростанням попиту на оптоелектронну інтеграцію, хвилеводно-зв'язані фотодетектори InGaAs з відмінними характеристиками та придатними для інтеграції поступово стали предметом досліджень. Серед них, комерційні модулі фотодетекторів InGaAs з частотою 70 ГГц та 110 ГГц майже всі використовують хвилеводні структури зв'язку. Залежно від різниці в матеріалах підкладок, хвилеводно-зв'язані фотодетектори InGaAs можна розділити на два типи: на основі INP та на основі Si. Матеріал, епітаксіальний на підкладках InP, має високу якість і більше підходить для виготовлення високопродуктивних пристроїв. Однак, для матеріалів III-V групи, вирощених або скріплених на Si підкладках, через різні невідповідності між матеріалами InGaAs та Si підкладками, якість матеріалу або інтерфейсу є відносно низькою, і все ще існує значний простір для покращення продуктивності пристроїв.
Стабільність фотодетектора в різних середовищах застосування, особливо в екстремальних умовах, також є одним з ключових факторів у практичному застосуванні. В останні роки нові типи детекторів, такі як перовскіт, органічні та двовимірні матеріали, які привернули значну увагу, все ще стикаються з багатьма проблемами з точки зору довгострокової стабільності через те, що самі матеріали легко піддаються впливу факторів навколишнього середовища. Тим часом процес інтеграції нових матеріалів все ще не є зрілим, і для великомасштабного виробництва та стабільної продуктивності все ще потрібні подальші дослідження.
Хоча впровадження індукторів може ефективно збільшити пропускну здатність пристроїв наразі, воно не є популярним у системах цифрового оптичного зв'язку. Тому одним із напрямків дослідження високошвидкісних фотодетекторів є питання уникнення негативного впливу для подальшого зменшення паразитних RC-параметрів пристрою. По-друге, оскільки пропускна здатність фотодетекторів, пов'язаних з хвилеводами, продовжує зростати, обмеження між пропускною здатністю та чутливістю знову починає проявлятися. Хоча повідомлялося про Ge/Si фотодетектори та InGaAs фотодетектори зі смугою пропускання 3 дБ, що перевищує 200 ГГц, їхня чутливість є незадовільною. Як збільшити пропускну здатність, зберігаючи при цьому хорошу чутливість, є важливою темою дослідження, яка може вимагати впровадження нових технологічно сумісних матеріалів (висока рухливість та високий коефіцієнт поглинання) або нових високошвидкісних структур пристроїв для вирішення цієї проблеми. Крім того, зі збільшенням пропускної здатності пристрою, сценарії застосування детекторів у мікрохвильових фотонних каналах будуть поступово зростати. На відміну від малої оптичної потужності падіння та високочутливого детектування в оптичному зв'язку, цей сценарій, завдяки високій пропускній здатності, має високі вимоги до потужності насичення для високої потужності падіння. Однак, пристрої з високою пропускною здатністю зазвичай використовують малорозмірні структури, тому нелегко виготовити високошвидкісні фотодетектори з високою потужністю насичення, і можуть знадобитися подальші інновації у виведенні носіїв заряду та розсіюванні тепла пристроями. Зрештою, зменшення темнового струму високошвидкісних детекторів залишається проблемою, яку необхідно вирішити фотодетекторам з невідповідністю кристалічних ґраток. Темновий струм головним чином пов'язаний з якістю кристала та станом поверхні матеріалу. Тому ключові процеси, такі як високоякісна гетероепітаксія або зв'язування в системах з невідповідністю кристалічних ґраток, потребують додаткових досліджень та інвестицій.
Час публікації: 20 серпня 2025 р.