PredstaviteInGaAs fotodetektor
InGaAs je eden idealnih materialov za doseganje visokega odziva invisokohitrostni fotodetektorPrvič, InGaAs je polprevodniški material z direktno pasovno režijo, njegovo širino pasovne reže pa je mogoče regulirati z razmerjem med In in Ga, kar omogoča zaznavanje optičnih signalov različnih valovnih dolžin. Med njimi se In0,53Ga0,47As popolnoma ujema z rešetko substrata InP in ima zelo visok koeficient absorpcije svetlobe v optičnem komunikacijskem pasu. Je najpogosteje uporabljen pri pripravifotodetektorin ima tudi najbolj izjemno zmogljivost temnega toka in odzivnosti. Drugič, tako materiali InGaAs kot InP imata relativno visoke hitrosti odnašanja elektronov, pri čemer sta njuni nasičeni hitrosti odnašanja elektronov približno 1 × 107 cm/s. Medtem pa materiali InGaAs in InP pod vplivom specifičnih električnih polj kažejo učinke prekoračitve hitrosti elektronov, pri čemer njuni hitrosti prekoračitve dosežeta 4 × 107 cm/s oziroma 6 × 107 cm/s. To omogoča doseganje večje pasovne širine prehoda. Trenutno so fotodetektorji InGaAs najbolj razširjeni fotodetektorji za optično komunikacijo. Na trgu je najpogostejša metoda spajanja površinskih incidentov. Izdelki detektorjev površinskih incidentov z 25 Gaud/s in 56 Gaud/s se že lahko množično proizvajajo. Razviti so bili tudi manjši, povratni in visokopasovni detektorji površinskih incidentov, predvsem za aplikacije, kot sta visoka hitrost in visoka nasičenost. Vendar pa je zaradi omejitev njihovih metod spajanja detektorje površinskih incidentov težko integrirati z drugimi optoelektronskimi napravami. Zato so se z naraščajočim povpraševanjem po optoelektronski integraciji postopoma v središču raziskav valovno vezani InGaAs fotodetektorji z odlično zmogljivostjo in primernostjo za integracijo. Med njimi skoraj vsi komercialni InGaAs fotodetektorski moduli s frekvencami 70 GHz in 110 GHz uporabljajo valovno vezane strukture. Glede na razliko v materialih substratov lahko valovno vezane InGaAs fotodetektorje razdelimo predvsem v dve vrsti: na osnovi INP in na osnovi Si. Material, epitaksialni na InP substratih, je visoke kakovosti in je bolj primeren za izdelavo visokozmogljivih naprav. Vendar pa je pri materialih skupine III-V, vzgojenih ali vezanih na Si substratih, zaradi različnih neusklajenosti med materiali InGaAs in Si substrati kakovost materiala ali vmesnika relativno slaba in še vedno je veliko prostora za izboljšanje delovanja naprav.
Stabilnost fotodetektorja v različnih okoljih uporabe, zlasti v ekstremnih pogojih, je tudi eden ključnih dejavnikov v praktični uporabi. V zadnjih letih so se nove vrste detektorjev, kot so perovskitni, organski in dvodimenzionalni materiali, ki so pritegnili veliko pozornosti, še vedno soočale s številnimi izzivi glede dolgoročne stabilnosti, saj na same materiale zlahka vplivajo okoljski dejavniki. Medtem proces integracije novih materialov še ni zrel in za obsežno proizvodnjo in doslednost delovanja so potrebne nadaljnje raziskave.
Čeprav lahko uvedba induktorjev trenutno učinkovito poveča pasovno širino naprav, v digitalnih optičnih komunikacijskih sistemih ni priljubljena. Zato je ena od raziskovalnih smeri visokohitrostnih fotodetektorjev, kako se izogniti negativnim vplivom za nadaljnje zmanjšanje parazitskih RC parametrov naprave. Drugič, ko se pasovna širina valovno sklopljenih fotodetektorjev nenehno povečuje, se znova začne pojavljati omejitev med pasovno širino in odzivnostjo. Čeprav so bili poročani Ge/Si fotodetektorji in InGaAs fotodetektorji s pasovno širino 3 dB, ki presega 200 GHz, njihova odzivnost ni zadovoljiva. Kako povečati pasovno širino ob hkratnem ohranjanju dobre odzivnosti je pomembna raziskovalna tema, ki lahko zahteva uvedbo novih, procesno združljivih materialov (visoka mobilnost in visok absorpcijski koeficient) ali novih visokohitrostnih struktur naprav. Poleg tega se bodo z naraščanjem pasovne širine naprave postopoma povečevali scenariji uporabe detektorjev v mikrovalovnih fotonskih povezavah. Za razliko od majhnega vpadnega optičnega vala in visoko občutljivega zaznavanja v optični komunikaciji ima ta scenarij zaradi velike pasovne širine visoko potrebo po moči nasičenja za vpadni val velike moči. Vendar pa naprave z visoko pasovno širino običajno uporabljajo majhne strukture, zato ni enostavno izdelati visokohitrostnih fotodetektorjev z visoko močjo nasičenosti, zato bodo morda potrebne nadaljnje inovacije pri ekstrakciji nosilcev naboja in odvajanju toplote naprav. Nenazadnje ostaja zmanjšanje temnega toka visokohitrostnih detektorjev problem, ki ga morajo rešiti fotodetektorji z neusklajenostjo mreže. Temni tok je v glavnem povezan s kakovostjo kristala in stanjem površine materiala. Zato ključni procesi, kot sta visokokakovostna heteroepitaksa ali vezava v sistemih z neusklajenostjo mreže, zahtevajo več raziskav in naložb.
Čas objave: 20. avg. 2025