Οι φωτοανιχνευτές υψηλής ταχύτητας παρουσιάζονται απόΦωτοανιχνευτές InGaAs
Φωτοανιχνευτές υψηλής ταχύτηταςστον τομέα των οπτικών επικοινωνιών περιλαμβάνονται κυρίως φωτοανιχνευτές InGaAs III-V και φωτοανιχνευτές Si και Ge/IV πλήρουςΦωτοανιχνευτές SiΟ πρώτος είναι ένας παραδοσιακός ανιχνευτής εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας, ο οποίος κυριαρχεί εδώ και πολύ καιρό, ενώ ο δεύτερος βασίζεται στην οπτική τεχνολογία πυριτίου για να γίνει ανερχόμενο αστέρι και αποτελεί ένα δημοφιλές σημείο στον τομέα της διεθνούς οπτοηλεκτρονικής έρευνας τα τελευταία χρόνια. Επιπλέον, νέοι ανιχνευτές που βασίζονται σε περοβσκίτη, οργανικά και δισδιάστατα υλικά αναπτύσσονται ραγδαία λόγω των πλεονεκτημάτων της εύκολης επεξεργασίας, της καλής ευελιξίας και των ρυθμιζόμενων ιδιοτήτων. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ αυτών των νέων ανιχνευτών και των παραδοσιακών ανόργανων φωτοανιχνευτών στις ιδιότητες των υλικών και στις διαδικασίες κατασκευής. Οι ανιχνευτές περοβσκίτη έχουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά απορρόφησης φωτός και αποτελεσματική ικανότητα μεταφοράς φορτίου, οι ανιχνευτές οργανικών υλικών χρησιμοποιούνται ευρέως για το χαμηλό κόστος και τα εύκαμπτα ηλεκτρόνια τους, και οι ανιχνευτές δισδιάστατων υλικών έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή λόγω των μοναδικών φυσικών ιδιοτήτων τους και της υψηλής κινητικότητας των φορέων. Ωστόσο, σε σύγκριση με τους ανιχνευτές InGaAs και Si/Ge, οι νέοι ανιχνευτές χρειάζονται ακόμη βελτίωση όσον αφορά τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα, την ωριμότητα κατασκευής και την ολοκλήρωση.
Το InGaAs είναι ένα από τα ιδανικά υλικά για την κατασκευή φωτοανιχνευτών υψηλής ταχύτητας και υψηλής απόκρισης. Πρώτα απ 'όλα, το InGaAs είναι ένα υλικό ημιαγωγού άμεσου ενεργειακού χάσματος και το πλάτος του ενεργειακού χάσματος μπορεί να ρυθμιστεί από την αναλογία μεταξύ In και Ga για να επιτευχθεί η ανίχνευση οπτικών σημάτων διαφορετικών μηκών κύματος. Μεταξύ αυτών, το In0.53Ga0.47As ταιριάζει απόλυτα με το πλέγμα υποστρώματος του InP και έχει μεγάλο συντελεστή απορρόφησης φωτός στη ζώνη οπτικής επικοινωνίας, ο οποίος είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος στην παρασκευή...φωτοανιχνευτές, και η απόδοση σκοτεινού ρεύματος και απόκρισης είναι επίσης οι καλύτερες. Δεύτερον, τα υλικά InGaAs και InP έχουν και τα δύο υψηλή ταχύτητα ολίσθησης ηλεκτρονίων, και η ταχύτητα κορεσμένης ολίσθησης ηλεκτρονίων τους είναι περίπου 1×107 cm/s. Ταυτόχρονα, τα υλικά InGaAs και InP έχουν φαινόμενο υπέρβασης ταχύτητας ηλεκτρονίων υπό συγκεκριμένο ηλεκτρικό πεδίο. Η ταχύτητα υπέρβασης μπορεί να χωριστεί σε 4×107 cm/s και 6×107 cm/s, γεγονός που ευνοεί την επίτευξη μεγαλύτερου εύρους ζώνης φέροντος με χρονικό περιορισμό. Προς το παρόν, ο φωτοανιχνευτής InGaAs είναι ο πιο διαδεδομένος φωτοανιχνευτής για οπτική επικοινωνία και η μέθοδος σύζευξης επιφανειακής πρόσπτωσης χρησιμοποιείται κυρίως στην αγορά, και έχουν υλοποιηθεί προϊόντα ανιχνευτών επιφανειακής πρόσπτωσης 25 Gbaud/s και 56 Gbaud/s. Έχουν επίσης αναπτυχθεί ανιχνευτές επιφανειακής πρόσπτωσης μικρότερου μεγέθους, οπισθοπρόσπτωσης και μεγάλου εύρους ζώνης, οι οποίοι είναι κυρίως κατάλληλοι για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας και υψηλού κορεσμού. Ωστόσο, ο ανιχνευτής επιφανειακής πρόσπτωσης περιορίζεται από τη λειτουργία σύζευξής του και είναι δύσκολο να ενσωματωθεί με άλλες οπτοηλεκτρονικές συσκευές. Συνεπώς, με τη βελτίωση των απαιτήσεων οπτοηλεκτρονικής ολοκλήρωσης, οι φωτοανιχνευτές InGaAs με σύζευξη κυματοδηγού, με εξαιρετική απόδοση και κατάλληλους για ολοκλήρωση, έχουν σταδιακά γίνει το επίκεντρο της έρευνας, μεταξύ των οποίων οι εμπορικές μονάδες φωτοανιχνευτών InGaAs 70 GHz και 110 GHz χρησιμοποιούν σχεδόν όλες δομές με σύζευξη κυματοδηγού. Ανάλογα με τα διαφορετικά υλικά υποστρώματος, ο φωτοηλεκτρικός ανιχνευτής InGaAs με σύζευξη κυματοδηγού μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: InP και Si. Το επιταξιακό υλικό στο υπόστρωμα InP έχει υψηλή ποιότητα και είναι πιο κατάλληλο για την παρασκευή συσκευών υψηλής απόδοσης. Ωστόσο, διάφορες αναντιστοιχίες μεταξύ υλικών III-V, υλικών InGaAs και υποστρωμάτων Si που αναπτύσσονται ή συνδέονται σε υποστρώματα Si οδηγούν σε σχετικά κακή ποιότητα υλικού ή διεπαφής, και η απόδοση της συσκευής εξακολουθεί να έχει μεγάλο περιθώριο βελτίωσης.
Ώρα δημοσίευσης: 31 Δεκεμβρίου 2024