Fotodetektory o dużej prędkości wprowadzane są przez fotodetektory InGaAs

Wprowadzono fotodetektory dużej prędkościFotodetektory InGaAs

Fotodetektory o dużej prędkościw dziedzinie komunikacji optycznej obejmują głównie fotodetektory III-V InGaAs i IV pełne Si i Ge/Fotodetektory krzemowe. Pierwszy z nich to tradycyjny detektor bliskiej podczerwieni, który dominuje od dawna, podczas gdy drugi opiera się na technologii optycznej krzemu, aby stać się wschodzącą gwiazdą i jest gorącym punktem w dziedzinie międzynarodowych badań optoelektronicznych w ostatnich latach. Ponadto nowe detektory oparte na perowskicie, materiałach organicznych i dwuwymiarowych rozwijają się szybko ze względu na zalety łatwego przetwarzania, dobrej elastyczności i dostrajalnych właściwości. Istnieją znaczne różnice między tymi nowymi detektorami a tradycyjnymi nieorganicznymi fotodetektorami we właściwościach materiałów i procesach produkcyjnych. Detektory perowskitowe mają doskonałe właściwości absorpcji światła i wydajną zdolność transportu ładunku, detektory materiałów organicznych są szeroko stosowane ze względu na ich niski koszt i elastyczność elektronów, a detektory materiałów dwuwymiarowych przyciągnęły wiele uwagi ze względu na ich unikalne właściwości fizyczne i wysoką ruchliwość nośników. Jednak w porównaniu z detektorami InGaAs i Si/Ge nowe detektory nadal wymagają udoskonalenia pod względem długoterminowej stabilności, dojrzałości produkcyjnej i integracji.

InGaAs jest jednym z idealnych materiałów do realizacji szybkich i szybko reagujących fotodetektorów. Przede wszystkim InGaAs jest półprzewodnikowym materiałem o bezpośredniej przerwie energetycznej, a szerokość jego przerwy energetycznej można regulować stosunkiem In i Ga, aby uzyskać wykrywanie sygnałów optycznych o różnych długościach fal. Spośród nich In0,53Ga0,47As jest idealnie dopasowany do sieci podłoża InP i ma duży współczynnik absorpcji światła w paśmie komunikacji optycznej, które jest najczęściej stosowane w przygotowaniufotodetektory, a wydajność ciemnego prądu i reakcji jest również najlepsza. Po drugie, materiały InGaAs i InP mają dużą prędkość dryfu elektronów, a ich prędkość dryfu elektronów nasyconych wynosi około 1×107 cm/s. Jednocześnie materiały InGaAs i InP mają efekt przekroczenia prędkości elektronów pod określonym polem elektrycznym. Prędkość przekroczenia można podzielić na 4×107cm/s i 6×107cm/s, co sprzyja realizacji większej szerokości pasma ograniczonej czasowo przez nośnik. Obecnie fotodetektor InGaAs jest najpopularniejszym fotodetektorem do komunikacji optycznej, a metoda sprzężenia padania powierzchni jest najczęściej stosowana na rynku, a produkty detektora padania powierzchni 25 Gbaud/s i 56 Gbaud/s zostały zrealizowane. Opracowano również mniejsze detektory padania powierzchni o padaniu wstecznym i dużej szerokości pasma, które nadają się głównie do zastosowań o dużej prędkości i wysokim nasyceniu. Jednak sonda padająca na powierzchnię jest ograniczona przez swój tryb sprzężenia i trudno ją zintegrować z innymi urządzeniami optoelektronicznymi. Dlatego też, wraz z poprawą wymagań integracji optoelektronicznej, sprzężone falowodem fotodetektory InGaAs o doskonałej wydajności i nadające się do integracji stopniowo stały się przedmiotem badań, wśród których komercyjne moduły fotosond InGaAs 70 GHz i 110 GHz wykorzystują niemal wszystkie struktury sprzężone falowodem. Zgodnie z różnymi materiałami podłoża, sprzężona falowodem sonda fotoelektryczna InGaAs może być podzielona na dwie kategorie: InP i Si. Materiał epitaksjalny na podłożu InP ma wysoką jakość i jest bardziej odpowiedni do przygotowywania urządzeń o wysokiej wydajności. Jednak różne niedopasowania między materiałami III-V, materiałami InGaAs i podłożami Si wyhodowanymi lub połączonymi na podłożach Si prowadzą do stosunkowo słabej jakości materiału lub interfejsu, a wydajność urządzenia nadal ma duże pole do poprawy.