Οι φωτοανιχνευτές υψηλής ταχύτητας εισάγονται απόΦωτοανιχνευτές InGaAs
Φωτοανιχνευτές υψηλής ταχύτηταςστον τομέα της οπτικής επικοινωνίας περιλαμβάνουν κυρίως φωτοανιχνευτές III-V InGaAs και IV full Si και Ge/Si φωτοανιχνευτές. Ο 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 είναι ένα hot spot στον τομέα της διεθνούς οπτοηλεκτρονικής έρευνας τα τελευταία χρόνια. Επιπλέον, νέοι ανιχνευτές βασισμένοι σε περοβσκίτη, οργανικά και δισδιάστατα υλικά αναπτύσσονται γρήγορα λόγω των πλεονεκτημάτων της εύκολης επεξεργασίας, της καλής ευελιξίας και των συντονίσιμων 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 δισδιάστατοι ανιχνευτές υλικών έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή λόγω των μοναδικών φυσικών τους ιδιοτήτων και της υψηλής κινητικότητας φορέα. Ωστόσο, σε σύγκριση με τους ανιχνευτές InGaAs και Si/Ge, οι νέοι ανιχνευτές πρέπει ακόμη να βελτιωθούν όσον αφορά τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα, την κατασκευαστική ωριμότητα και την ενσωμάτωση.
Το InGaAs είναι ένα από τα ιδανικά υλικά για την υλοποίηση φωτοανιχνευτών υψηλής ταχύτητας και υψηλής απόκρισης. Πρώτα απ 'όλα, το InGaAs είναι ένα υλικό ημιαγωγού άμεσης ζώνης και το πλάτος του διακενού ζώνης του 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 στην οπτική ζώνη επικοινωνίας, η οποία είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη στην προετοιμασίαφωτοανιχνευτές, και το σκοτεινό ρεύμα και η απόδοση απόκρισης είναι επίσης τα καλύτερα. Δεύτερον, τα υλικά InGaAs και InP έχουν και τα δύο υψηλή ταχύτητα μετατόπισης ηλεκτρονίων και η ταχύτητα μετατόπισης κορεσμένων ηλεκτρονίων τους είναι περίπου 1×107 cm/s. Ταυτόχρονα, τα υλικά InGaAs και InP έχουν επίδραση υπέρβασης ταχύτητας ηλεκτρονίων κάτω από συγκεκριμένο ηλεκτρικό πεδίο. Η ταχύτητα υπέρβασης μπορεί να διαιρεθεί σε 4×107cm/s και 6×107cm/s, γεγονός που συμβάλλει στην επίτευξη μεγαλύτερου χρονικά περιορισμένου εύρους ζώνης φορέα. Επί του παρόντος, ο φωτοανιχνευτής InGaAs είναι ο πιο συνηθισμένος φωτοανιχνευτής για οπτική επικοινωνία και η μέθοδος σύζευξης πρόσπτωσης επιφάνειας χρησιμοποιείται κυρίως στην αγορά και τα προϊόντα ανιχνευτή πρόσπτωσης επιφάνειας 25 Gbaud/s και 56 Gbaud/s έχουν υλοποιηθεί. Έχουν επίσης αναπτυχθεί ανιχνευτές πρόσπτωσης επιφάνειας μικρότερου μεγέθους, οπίσθιας πρόσπτωσης και μεγάλου εύρους ζώνης, οι οποίοι είναι κυρίως κατάλληλοι για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας και υψηλού κορεσμού. Ωστόσο, ο ανιχνευτής προσπίπτουσας επιφάνειας περιορίζεται από τη λειτουργία σύζευξης και είναι δύσκολο να ενσωματωθεί με άλλες οπτοηλεκτρονικές συσκευές. Ως εκ τούτου, με τη βελτίωση των απαιτήσεων οπτοηλεκτρονικής ολοκλήρωσης, οι φωτοανιχνευτές InGaAs συζευγμένοι με κυματοδηγούς με εξαιρετική απόδοση και κατάλληλους για ενσωμάτωση έχουν γίνει σταδιακά στο επίκεντρο της έρευνας, μεταξύ των οποίων οι εμπορικές μονάδες φωτοανιχνευτή InGaAs 70 GHz και 110 GHz χρησιμοποιούν σχεδόν όλες δομές συζευγμένες κυματοδηγούς. Σύμφωνα με τα διαφορετικά υλικά του υποστρώματος, ο φωτοηλεκτρικός ανιχνευτής σύζευξης κυματοδηγού InGaAs 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 συγκολλούνται σε υποστρώματα Si οδηγούν σε σχετικά κακή ποιότητα υλικού ή διεπαφής και η απόδοση της συσκευής εξακολουθεί να έχει μεγάλα περιθώρια βελτίωσης.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-31-2024