ВъвежданеInGaAs фотодетектор
InGaAs е един от идеалните материали за постигане на висока производителност ивисокоскоростен фотодетекторПърво, InGaAs е полупроводников материал с директна забранена зона, а ширината на забранената зона може да се регулира от съотношението между In и Ga, което позволява откриване на оптични сигнали с различни дължини на вълната. Сред тях, In0.53Ga0.47As е перфектно съчетан с решетката на InP субстрата и има много висок коефициент на поглъщане на светлина в оптичната комуникационна лента. Той е най-широко използваният при получаването на...фотодетектори също така има най-забележителните характеристики на тъмен ток и чувствителност. Второ, както InGaAs, така и InP материалите имат относително високи скорости на дрейф на електрони, като наситените им скорости на дрейф на електрони са приблизително 1×107cm/s. В същото време, при специфични електрически полета, InGaAs и InP материалите показват ефекти на превишаване на скоростта на електроните, като скоростите им на превишаване достигат съответно 4×107cm/s и 6×107cm/s. Това е благоприятно за постигане на по-висока честотна лента на пресичане. В момента InGaAs фотодетекторите са най-разпространеният фотодетектор за оптична комуникация. На пазара методът на свързване на повърхностен инцидент е най-разпространен. Продукти с детектори на повърхностен инцидент с 25 Gaud/s и 56 Gaud/s вече могат да се произвеждат масово. Разработени са и по-малки по размер, обратно падащи и широколентови детектори на повърхностен инцидент, главно за приложения като висока скорост и висока наситеност. Въпреки това, поради ограниченията на методите им на свързване, детекторите на повърхностен инцидент са трудни за интегриране с други оптоелектронни устройства. Следователно, с нарастващото търсене на оптоелектронна интеграция, вълноводно свързаните InGaAs фотодетектори с отлична производителност и подходящи за интеграция постепенно се превърнаха във фокус на изследванията. Сред тях, почти всички търговски InGaAs фотодетекторни модули от 70GHz и 110GHz използват вълноводно свързани структури. Според разликата в материалите на подложките, вълноводно свързаните InGaAs фотодетектори могат да бъдат класифицирани главно в два типа: INP-базирани и Si-базирани. Материалът, епитаксиален върху InP подложките, е с високо качество и е по-подходящ за производството на високопроизводителни устройства. Въпреки това, за материали от III-V група, отглеждани или свързани върху Si подложки, поради различни несъответствия между InGaAs материалите и Si подложките, качеството на материала или интерфейса е сравнително лошо и все още има значително място за подобрение в производителността на устройствата.
Стабилността на фотодетектора в различни приложения, особено при екстремни условия, също е един от ключовите фактори в практическите му приложения. През последните години новите видове детектори, като перовскит, органични и двуизмерни материали, които привлякоха много внимание, все още са изправени пред много предизвикателства по отношение на дългосрочната стабилност, поради факта, че самите материали лесно се влияят от факторите на околната среда. В същото време процесът на интеграция на нови материали все още не е зрял и са необходими допълнителни проучвания за мащабно производство и постоянство на производителността.
Въпреки че въвеждането на индуктори може ефективно да увеличи честотната лента на устройствата в момента, то не е популярно в цифровите оптични комуникационни системи. Следователно, как да се избегнат отрицателните въздействия за по-нататъшно намаляване на паразитните RC параметри на устройството е едно от направленията на изследване на високоскоростните фотодетектори. Второ, с увеличаването на честотната лента на фотодетекторите, свързани с вълноводни връзки, ограничението между честотната лента и чувствителността започва да се появява отново. Въпреки че са докладвани Ge/Si фотодетектори и InGaAs фотодетектори с честотна лента от 3dB над 200GHz, тяхната чувствителност не е задоволителна. Как да се увеличи честотната лента, като същевременно се поддържа добра чувствителност, е важна изследователска тема, която може да изисква въвеждането на нови, съвместими с процеса материали (висока мобилност и висок коефициент на поглъщане) или нови високоскоростни структури на устройствата. Освен това, с увеличаването на честотната лента на устройството, сценариите на приложение на детектори в микровълнови фотонни връзки постепенно ще се увеличават. За разлика от малката оптична мощност на падане и високата чувствителност при детектиране в оптичната комуникация, този сценарий, базиран на високата честотна лента, има висока нужда от мощност на насищане за висока мощност на падане. Въпреки това, устройствата с висока пропускателна способност обикновено използват малки структури, така че не е лесно да се произвеждат високоскоростни фотодетектори с висока мощност на насищане и може да са необходими допълнителни иновации в извличането на носителите и разсейването на топлината от устройствата. И накрая, намаляването на тъмния ток на високоскоростните детектори остава проблем, който фотодетекторите с несъответствие на решетката трябва да решат. Тъмният ток е свързан главно с качеството на кристала и състоянието на повърхността на материала. Следователно, ключови процеси като висококачествена хетероепитаксия или свързване при системи с несъответствие на решетката изискват повече изследвания и инвестиции.
Време на публикуване: 20 август 2025 г.