WprowadzićFotodetektor InGaAs
InGaAs to jeden z idealnych materiałów umożliwiających uzyskanie wysokiej odpowiedzi iszybki fotodetektorPo pierwsze, InGaAs jest półprzewodnikiem o bezpośredniej przerwie energetycznej, a jego szerokość przerwy energetycznej można regulować poprzez stosunek In do Ga, co umożliwia detekcję sygnałów optycznych o różnych długościach fal. Spośród nich In0,53Ga0,47As jest idealnie dopasowany do sieci podłoża InP i charakteryzuje się bardzo wysokim współczynnikiem absorpcji światła w paśmie komunikacji optycznej. Jest on najszerzej stosowany w preparatycefotodetektori ma również najbardziej wyjątkowe parametry prądu ciemnego i czułości. Po drugie, zarówno materiały InGaAs, jak i InP mają stosunkowo wysokie prędkości dryfu elektronów, przy czym ich prędkości dryfu elektronów nasyconych wynoszą w przybliżeniu 1×107cm/s. Tymczasem pod wpływem określonych pól elektrycznych materiały InGaAs i InP wykazują efekty przeregulowania prędkości elektronów, przy czym ich prędkości przeregulowania osiągają odpowiednio 4×107cm/s i 6×107cm/s. Sprzyja to osiągnięciu wyższej szerokości pasma. Obecnie fotodetektory InGaAs są najpopularniejszymi fotodetektorami do komunikacji optycznej. Na rynku najpowszechniejsza jest metoda sprzężenia padającego na powierzchnię. Produkty z detektorami padającymi na powierzchnię o parametrach 25 Gaudów/s i 56 Gaudów/s mogą być już produkowane masowo. Opracowano również mniejsze detektory padające wstecz i detektory padające na powierzchnię o dużej przepustowości, głównie do zastosowań takich jak wysoka prędkość i wysokie nasycenie. Jednak ze względu na ograniczenia metod sprzęgania, detektory padające na powierzchnię są trudne do zintegrowania z innymi urządzeniami optoelektronicznymi. Dlatego też, wraz ze wzrostem zapotrzebowania na integrację optoelektroniczną, fotodetektory InGaAs ze sprzężeniem falowodowym o doskonałej wydajności i nadające się do integracji stopniowo stały się przedmiotem badań. Spośród nich, komercyjne moduły fotodetektorów InGaAs o częstotliwościach 70 GHz i 110 GHz prawie wszystkie wykorzystują struktury sprzęgające falowodowe. Ze względu na różnice w materiałach podłoża, fotodetektory InGaAs ze sprzężeniem falowodowym można podzielić głównie na dwa typy: oparte na INP i oparte na Si. Materiał epitaksjalny na podłożach InP charakteryzuje się wysoką jakością i jest bardziej odpowiedni do wytwarzania urządzeń o wysokiej wydajności. Jednak w przypadku materiałów grupy III-V wytwarzanych lub łączonych na podłożach krzemowych, ze względu na różne niedopasowania między materiałami InGaAs i podłożami krzemowymi, jakość materiału lub interfejsu jest stosunkowo słaba i nadal istnieje znaczna możliwość poprawy wydajności urządzeń.
Stabilność fotodetektora w różnych środowiskach, zwłaszcza w ekstremalnych warunkach, jest również jednym z kluczowych czynników w zastosowaniach praktycznych. W ostatnich latach nowe typy detektorów, takie jak perowskit, materiały organiczne i dwuwymiarowe, które cieszą się dużym zainteresowaniem, wciąż borykają się z wieloma wyzwaniami w zakresie stabilności długoterminowej, ze względu na fakt, że same materiały są podatne na wpływ czynników środowiskowych. Jednocześnie proces integracji nowych materiałów wciąż nie jest dopracowany, a w celu zapewnienia produkcji na dużą skalę i spójności działania konieczne są dalsze badania.
Chociaż wprowadzenie cewek indukcyjnych może obecnie skutecznie zwiększyć przepustowość urządzeń, nie jest to popularne rozwiązanie w cyfrowych systemach komunikacji optycznej. Dlatego też jednym z kierunków badań nad szybkimi fotodetektorami jest unikanie negatywnych skutków i dalsze obniżanie pasożytniczych parametrów RC urządzenia. Po drugie, wraz ze wzrostem przepustowości fotodetektorów sprzężonych falowodowo, ponownie pojawia się ograniczenie między przepustowością a reaktywnością. Chociaż donoszono o fotodetektorach Ge/Si i InGaAs o przepustowości 3 dB przekraczającej 200 GHz, ich reaktywność nie jest zadowalająca. Kwestia zwiększenia przepustowości przy jednoczesnym zachowaniu dobrej reaktywności jest ważnym tematem badawczym, który może wymagać wprowadzenia nowych, kompatybilnych materiałów (o wysokiej ruchliwości i wysokim współczynniku absorpcji) lub nowatorskich struktur szybkich urządzeń. Ponadto, wraz ze wzrostem przepustowości urządzeń, scenariusze zastosowań detektorów w mikrofalowych łączach fotonicznych będą stopniowo się rozszerzać. W przeciwieństwie do małej mocy padania i wysokiej czułości detekcji w komunikacji optycznej, ten scenariusz, oparty na dużej szerokości pasma, charakteryzuje się wysokim zapotrzebowaniem na moc nasycenia dla dużej mocy padania. Jednak urządzenia o dużej szerokości pasma zazwyczaj wykorzystują struktury o małych rozmiarach, co utrudnia wytwarzanie szybkich fotodetektorów o dużej mocy nasycenia, a dalsze innowacje w zakresie ekstrakcji nośników i rozpraszania ciepła przez te urządzenia mogą być konieczne. Wreszcie, redukcja prądu ciemnego szybkich detektorów pozostaje problemem, który fotodetektory z niedopasowaniem sieci muszą rozwiązać. Prąd ciemny jest związany głównie z jakością kryształu i stanem powierzchni materiału. Dlatego kluczowe procesy, takie jak wysokiej jakości heteroepitaksja lub wiązanie w układach z niedopasowaniem sieci, wymagają dalszych badań i inwestycji.
Czas publikacji: 20-08-2025