EsitelläInGaAs-fotodetektori
InGaAs on yksi ihanteellisista materiaaleista korkean vasteen saavuttamiseksi janopea valoilmaisinEnsinnäkin InGaAs on suoran kaistanleveyden puolijohdemateriaali, ja sen kaistanleveyttä voidaan säädellä In:n ja Ga:n välisellä suhteella, mikä mahdollistaa eri aallonpituisten optisten signaalien havaitsemisen. Näistä In0.53Ga0.47As sopii täydellisesti InP-substraattihilaan ja sillä on erittäin korkea valon absorptiokerroin optisella tiedonsiirtokaistalla. Sitä käytetään eniten ...valoilmaisinja sillä on myös erinomaisin pimeävirta- ja vastekyky. Toiseksi, sekä InGaAs- että InP-materiaaleilla on suhteellisen korkeat elektronien ajautumisnopeudet, ja niiden kyllästyneiden elektronien ajautumisnopeudet ovat molemmat noin 1 × 10⁷ cm/s. Samaan aikaan tietyissä sähkökentissä InGaAs- ja InP-materiaaleilla on elektronien nopeuden ylitysvaikutuksia, ja niiden ylitysnopeudet ovat vastaavasti 4 × 10⁷ cm/s ja 6 × 10⁷ cm/s. Tämä edistää suuremman ylityskaistanleveyden saavuttamista. Tällä hetkellä InGaAs-fotodetektorit ovat yleisin fotodetektori optiseen tiedonsiirtoon. Markkinoilla pinta-tapahtumakytkentämenetelmä on yleisin. Pinta-tapahtumadetektoreita, joiden nopeudet ovat 25 Gaud/s ja 56 Gaud/s, voidaan jo massatuottaa. Myös pienempiä, taaksepäin tulevia ja suuren kaistanleveyden pinta-tapahtumadetektoreita on kehitetty, pääasiassa sovelluksiin, kuten suuren nopeuden ja korkean saturaation sovelluksiin. Kytkentämenetelmiensä rajoitusten vuoksi pintaan tulevia ilmaisimia on kuitenkin vaikea integroida muihin optoelektronisiin laitteisiin. Siksi optoelektronisen integroinnin kysynnän kasvaessa erinomaisen suorituskyvyn omaavat ja integrointiin soveltuvat aaltojohdekytketyt InGaAs-fotoilmaisimet ovat vähitellen nousseet tutkimuksen keskipisteeksi. Näistä kaupalliset 70 GHz:n ja 110 GHz:n InGaAs-fotoilmaisinmoduulit käyttävät lähes kaikki aaltojohdekytkentärakenteita. Substraattimateriaalien erojen mukaan aaltojohdekytketyt InGaAs-fotoilmaisimet voidaan luokitella pääasiassa kahteen tyyppiin: INP-pohjaisiin ja piipohjaisiin. InP-alustoille epitaksiaalisesti kiinnitetty materiaali on korkealaatuista ja soveltuu paremmin korkean suorituskyvyn laitteiden valmistukseen. Pi-alustoille kasvatettujen tai sidottujen III-V-ryhmän materiaalien materiaalin tai rajapinnan laatu on kuitenkin suhteellisen heikko InGaAs-materiaalien ja piialustojen välisten erilaisten yhteensopimattomuuksien vuoksi, ja laitteiden suorituskyvyssä on vielä huomattavasti parantamisen varaa.
Valodetektorin stabiilius erilaisissa sovellusympäristöissä, erityisesti äärimmäisissä olosuhteissa, on myös yksi käytännön sovellusten keskeisistä tekijöistä. Viime vuosina paljon huomiota herättäneet uudentyyppiset ilmaisimet, kuten perovskiitti, orgaaniset ja kaksiulotteiset materiaalit, kohtaavat edelleen monia haasteita pitkän aikavälin stabiilisuuden suhteen, koska ympäristötekijät vaikuttavat helposti materiaaleihin itseensä. Samaan aikaan uusien materiaalien integrointiprosessi ei ole vielä kypsä, ja lisätutkimuksia tarvitaan laajamittaisen tuotannon ja suorituskyvyn yhdenmukaisuuden saavuttamiseksi.
Vaikka induktorien käyttöönotto voi tällä hetkellä tehokkaasti lisätä laitteiden kaistanleveyttä, se ei ole suosittua digitaalisissa optisissa tietoliikennejärjestelmissä. Siksi yksi nopeiden valoilmaisimien tutkimussuunnista on se, miten välttää negatiivisia vaikutuksia ja vähentää laitteen loismaisia RC-parametreja. Toiseksi, aaltojohdekytkettyjen valoilmaisimien kaistanleveyden kasvaessa kaistanleveyden ja vasteen välinen rajoitus alkaa jälleen ilmetä. Vaikka Ge/Si-valoilmaisimista ja InGaAs-valoilmaisimista, joiden 3 dB:n kaistanleveys ylittää 200 GHz, on raportoitu, niiden vasteet eivät ole tyydyttäviä. Kaistanleveyden lisääminen samalla kun säilytetään hyvä vaste, on tärkeä tutkimusaihe, joka voi edellyttää uusien prosessiyhteensopivien materiaalien (korkea liikkuvuus ja korkea absorptiokerroin) tai uusien nopeiden laiterakenteiden käyttöönottoa. Lisäksi laitteen kaistanleveyden kasvaessa ilmaisimien sovellusskenaariot mikroaaltofotonisissa linkeissä kasvavat vähitellen. Toisin kuin optisen tietoliikenteen pieni optinen teho ja korkea herkkyys, tässä skenaariossa on suuren kaistanleveyden perusteella korkea kyllästymistehon tarve suuren tehon tulolle. Suurikaistaiset laitteet ovat kuitenkin yleensä pienikokoisia, joten nopeiden ja suuren kyllästymistehon fotodetektorien valmistaminen ei ole helppoa, ja laitteiden varauksenkuljettajien poistossa ja lämmönpoistossa saatetaan tarvita lisäinnovaatioita. Lopuksi, nopeiden ilmaisimien pimeävirran vähentäminen on edelleen ongelma, joka hilaepäsuhtaisuuden omaavien fotodetektorien on ratkaistava. Pimeävirta liittyy pääasiassa materiaalin kiteen laatuun ja pinnan tilaan. Siksi keskeiset prosessit, kuten korkealaatuinen heteroepitaksi tai sidos hilaepäsuhtaisuuden omaavien järjestelmien alla, vaativat lisää tutkimusta ja investointeja.
Julkaisun aika: 20. elokuuta 2025