Kiireid fotodetektoreid tutvustabInGaAs fotodetektorid
Kiired fotodetektoridoptilise side valdkonnas hõlmavad peamiselt III-V InGaAs fotodetektoreid ja IV täis Si ja Ge/Si fotodetektorid. Esimene neist on traditsiooniline lähi-infrapunadetektor, mis on olnud pikka aega domineeriv, samas kui teine tugineb tõusvaks täheks saamisel räni optilisele tehnoloogiale ja on viimastel aastatel rahvusvaheliste optoelektroonika uuringute vallas kuum koht. Lisaks arenevad kiiresti uued perovskiidil, orgaanilistel ja kahemõõtmelistel materjalidel põhinevad detektorid tänu lihtsale töötlemisele, heale painduvusele ja häälestatavatele omadustele. Nende uute detektorite ja traditsiooniliste anorgaaniliste fotodetektorite vahel on materjali omadustes ja tootmisprotsessides olulisi erinevusi. Perovskiitdetektoritel on suurepärased valguse neeldumisomadused ja tõhus laengu transpordivõime, orgaaniliste materjalide detektoreid kasutatakse laialdaselt nende odavate ja paindlike elektronide tõttu ning kahemõõtmelised materjalidetektorid on äratanud palju tähelepanu oma ainulaadsete füüsikaliste omaduste ja kandja suure liikuvuse tõttu. Võrreldes InGaAs ja Si/Ge detektoritega tuleb aga uusi detektoreid pikaajalise stabiilsuse, tootmisküpsuse ja integratsiooni osas veel täiustada.
InGaAs on üks ideaalseid materjale kiirete ja suure reaktsioonivõimega fotodetektorite realiseerimiseks. Esiteks on InGaAs otsese ribalaiusega pooljuhtmaterjal ja selle ribalaiust saab reguleerida In ja Ga suhtega, et saavutada erineva lainepikkusega optiliste signaalide tuvastamine. Nende hulgas sobib In0,53Ga0,47As ideaalselt InP substraadi võrega ja sellel on suur valguse neeldumistegur optilises sideribas, mida kasutatakse kõige laialdasemaltfotodetektorid, ning tumevool ja reageerimisvõime on samuti parimad. Teiseks on InGaAs ja InP materjalidel mõlemal suur elektronide triivi kiirus ja nende küllastunud elektronide triivi kiirus on umbes 1 × 107 cm / s. Samal ajal on InGaAs ja InP materjalidel spetsiifilise elektrivälja korral elektronkiiruse ületamise efekt. Ületamise kiiruse saab jagada 4 × 107 cm/s ja 6 × 107 cm/s, mis soodustab suurema kandja ajaliselt piiratud ribalaiuse realiseerimist. Praegu on InGaAs fotodetektor optilise side kõige levinum fotodetektor ja turul kasutatakse enamasti pinna langemise sidestusmeetodit ning realiseeritud on 25 Gbaud/s ja 56 Gbaud/s pinnalanguse detektori tooted. Samuti on välja töötatud väiksema suurusega, tagasilanguse ja suure ribalaiusega pinna langemise detektorid, mis sobivad peamiselt suure kiiruse ja suure küllastusega rakendusteks. Pinnale langevat sondi piirab aga selle sidestusrežiim ja seda on raske teiste optoelektrooniliste seadmetega integreerida. Seetõttu on optoelektrooniliste integratsiooninõuete paranemisega järk-järgult uuringute keskpunktiks saanud suurepärase jõudlusega ja integreerimiseks sobivad lainejuhiga ühendatud InGaAs fotodetektorid, mille hulgas kaubanduslikud 70 GHz ja 110 GHz InGaAs fotosondi moodulid kasutavad peaaegu kõik lainejuhiga ühendatud struktuure. Erinevate substraadimaterjalide järgi võib lainejuhiühenduse InGaAs fotoelektrilise sondi jagada kahte kategooriasse: InP ja Si. InP substraadil olev epitaksiaalne materjal on kõrge kvaliteediga ja sobib paremini suure jõudlusega seadmete valmistamiseks. Erinevad mittevastavused III-V materjalide, InGaAs materjalide ja Si substraatidel kasvatatud või liimitud Si substraatide vahel põhjustavad aga suhteliselt kehva materjali või liidese kvaliteedi ning seadme jõudluses on veel palju arenguruumi.
Postitusaeg: 31. detsember 2024