TutvustageInGaAs fotodetektor
InGaAs on üks ideaalseid materjale suure reageerimisvõime saavutamiseks jakiire fotodetektorEsiteks on InGaAs otsese keelutsooniga pooljuhtmaterjal ja selle keelutsooni laiust saab reguleerida In ja Ga suhtega, mis võimaldab tuvastada erineva lainepikkusega optilisi signaale. Nende hulgas sobib In0.53Ga0.47As ideaalselt InP substraadi võrega ja sellel on optilise side sagedusalas väga kõrge valguse neeldumistegur. Seda kasutatakse kõige laialdasemalt järgmiste materjalide valmistamisel:fotodetektorja sellel on ka kõige silmapaistvam tumevoolu ja reageerimisvõime jõudlus. Teiseks on nii InGaAs- kui ka InP-materjalidel suhteliselt suured elektronide triivikiirused, kusjuures nende küllastunud elektronide triivikiirused on mõlemad ligikaudu 1 × 10⁷ cm/s. Samal ajal ilmnevad InGaAs- ja InP-materjalidel teatud elektriväljade all elektronide kiiruse ületamise efektid, kusjuures nende ületamise kiirused ulatuvad vastavalt 4 × 10⁷ cm/s ja 6 × 10⁷ cm/s. See soodustab suurema ristumisribalaiuse saavutamist. Praegu on InGaAs-fotodetektorid optilise side jaoks kõige levinumad fotodetektorid. Turul on kõige levinum pinnale langemise sidestusmeetod. Pinnale langemise detektoreid, mille kiirused on 25 Gaud/s ja 56 Gaud/s, saab juba masstootmises kasutada. Samuti on välja töötatud väiksema suurusega, tagasi langevaid ja suure ribalaiusega pinnale langevaid detektoreid, peamiselt selliste rakenduste jaoks nagu suur kiirus ja kõrge küllastus. Siiski on pinnale langevate detektorite integreerimine teiste optoelektrooniliste seadmetega keeruline nende sidestusmeetodite piirangute tõttu. Seetõttu on optoelektroonilise integratsiooni kasvava nõudluse tõttu järk-järgult uurimistöö keskpunktiks tõusnud suurepärase jõudlusega ja integreerimiseks sobivad lainejuhtühendusega InGaAs-fotodetektorid. Nende hulgas kasutavad peaaegu kõik 70 GHz ja 110 GHz kaubanduslikud InGaAs-fotodetektori moodulid lainejuhtühendusega struktuure. Alusmaterjalide erinevuse järgi saab lainejuhtühendusega InGaAs-fotodetektorid jagada peamiselt kahte tüüpi: INP-põhised ja Si-põhised. InP-aluspindadel epitaksiaalselt asetatud materjal on kõrge kvaliteediga ja sobib paremini suure jõudlusega seadmete valmistamiseks. Si-aluspindadele kasvatatud või liimitud III-V rühma materjalide puhul on aga InGaAs-materjalide ja Si-aluspindade vaheliste mitmesuguste mittevastavuste tõttu materjali või liidese kvaliteet suhteliselt halb ning seadmete jõudluses on veel märkimisväärselt arenguruumi.
Fotodetektori stabiilsus erinevates rakenduskeskkondades, eriti äärmuslikes tingimustes, on samuti üks võtmetegureid praktilistes rakendustes. Viimastel aastatel on uut tüüpi detektorid, nagu perovskiit, orgaanilised ja kahemõõtmelised materjalid, mis on pälvinud palju tähelepanu, endiselt silmitsi paljude väljakutsetega pikaajalise stabiilsuse osas, kuna materjalid ise on keskkonnategurite poolt kergesti mõjutatavad. Samal ajal pole uute materjalide integreerimisprotsess veel küps ning suuremahulise tootmise ja jõudluse järjepidevuse tagamiseks on vaja täiendavaid uuringuid.
Kuigi induktiivpoolide kasutuselevõtt võib praegu seadmete ribalaiust tõhusalt suurendada, pole see digitaalsetes optilistes sidesüsteemides populaarne. Seetõttu on kiirete fotodetektorite üks uurimissuundi negatiivsete mõjude vältimine ja seadme parasiitsete RC-parameetrite edasine vähendamine. Teiseks, lainejuhiga ühendatud fotodetektorite ribalaiuse pideva suurenemisega hakkab ribalaiuse ja reageerimisvõime vaheline piirang taas tekkima. Kuigi on teatatud Ge/Si fotodetektoritest ja InGaAs fotodetektoritest, mille ribalaius on üle 200 GHz ja 3 dB, ei ole nende reageerimisvõime rahuldav. Ribalaiuse suurendamine, säilitades samal ajal hea reageerimisvõime, on oluline uurimisteema, mis võib nõuda uute protsessiga ühilduvate materjalide (kõrge liikuvuse ja kõrge neeldumistegur) või uudsete kiirete seadmestruktuuride kasutuselevõttu. Lisaks suurenevad seadme ribalaiuse suurenedes järk-järgult detektorite rakendusstsenaariumid mikrolaine-footonühendustes. Erinevalt väikesest optilisest võimsusest ja suure tundlikkusega tuvastamisest optilises kommunikatsioonis on sellel stsenaariumil suure ribalaiuse tõttu suur küllastusvõimsuse nõudlus suure võimsusega langemise jaoks. Siiski on suure ribalaiusega seadmed tavaliselt väikesemõõtmelised, seega pole kiirete ja suure küllastusvõimsusega fotodetektorite valmistamine lihtne ning seadmete laengukandjate ekstraheerimise ja soojuse hajutamise osas võib vaja minna täiendavaid uuendusi. Lõpuks on kiirete detektorite tumevoolu vähendamine endiselt probleem, mille võre mittevastavusega fotodetektorid peavad lahendama. Tumevool on peamiselt seotud materjali kristalli kvaliteedi ja pinnaolekuga. Seetõttu vajavad sellised võtmeprotsessid nagu kvaliteetne heteroepitaksia või võre mittevastavusega süsteemide all sidumine rohkem uurimistööd ja investeeringuid.
Postituse aeg: 20. august 2025