Πρόοδος ΈρευναςΦωτοανιχνευτής InGaAs
Με την εκθετική αύξηση του όγκου μετάδοσης δεδομένων επικοινωνίας, η τεχνολογία οπτικής διασύνδεσης έχει αντικαταστήσει την παραδοσιακή τεχνολογία ηλεκτρικής διασύνδεσης και έχει γίνει η κυρίαρχη τεχνολογία για μετάδοση υψηλής ταχύτητας μεσαίων και μεγάλων αποστάσεων, χαμηλών απωλειών. Ως βασικό στοιχείο του οπτικού άκρου λήψης, τοφωτοανιχνευτήςέχει ολοένα και υψηλότερες απαιτήσεις για την απόδοση υψηλής ταχύτητας. Μεταξύ αυτών, ο φωτοανιχνευτής με κυματοδηγό είναι μικρός σε μέγεθος, υψηλό σε εύρος ζώνης και εύκολος στην ενσωμάτωση σε τσιπ με άλλες οπτοηλεκτρονικές συσκευές, κάτι που αποτελεί το ερευνητικό επίκεντρο της φωτοανίχνευσης υψηλής ταχύτητας. Και είναι οι πιο αντιπροσωπευτικοί φωτοανιχνευτές στη ζώνη επικοινωνίας εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας.
Το InGaAs είναι ένα από τα ιδανικά υλικά για την επίτευξη υψηλής ταχύτητας καιφωτοανιχνευτές υψηλής απόκρισηςΠρώτον, 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, επιτρέποντας την ανίχνευση οπτικών σημάτων διαφορετικών μηκών κύματος. Μεταξύ αυτών, το In0.53Ga0.47As ταιριάζει απόλυτα με το πλέγμα υποστρώματος InP και έχει πολύ υψηλό συντελεστή απορρόφησης φωτός στη ζώνη οπτικής επικοινωνίας. Είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο στην κατασκευή φωτοανιχνευτών και έχει επίσης την πιο εξαιρετική απόδοση σκοτεινού ρεύματος και απόκρισης. Δεύτερον, τόσο τα υλικά InGaAs όσο και τα υλικά InP έχουν σχετικά υψηλές ταχύτητες ολίσθησης ηλεκτρονίων, με τις ταχύτητες κορεσμένης ολίσθησης ηλεκτρονίων να είναι περίπου 1×107cm/s. Εν τω μεταξύ, υπό συγκεκριμένα ηλεκτρικά πεδία, τα υλικά InGaAs και InP εμφανίζουν φαινόμενα υπέρβασης ταχύτητας ηλεκτρονίων, με τις ταχύτητες υπέρβασής τους να φτάνουν τα 4×107cm/s και 6×107cm/s αντίστοιχα. Αυτό ευνοεί την επίτευξη υψηλότερου εύρους ζώνης διασταύρωσης. Προς το παρόν, οι φωτοανιχνευτές InGaAs είναι οι πιο συνηθισμένοι φωτοανιχνευτές για οπτική επικοινωνία. Έχουν επίσης αναπτυχθεί μικρότεροι ανιχνευτές επιφανειακών προσκρούσεων, οπισθοδρομικής προσβολής και υψηλού εύρους ζώνης, οι οποίοι χρησιμοποιούνται κυρίως σε εφαρμογές όπως υψηλή ταχύτητα και υψηλός κορεσμός.
Ωστόσο, λόγω των περιορισμών των μεθόδων σύζευξής τους, οι ανιχνευτές επιφανειακής πρόσπτωσης είναι δύσκολο να ενσωματωθούν με άλλες οπτοηλεκτρονικές συσκευές. Επομένως, με την αυξανόμενη ζήτηση για οπτοηλεκτρονική ενσωμάτωση, οι φωτοανιχνευτές InGaAs με σύζευξη κυματοδηγού, με εξαιρετική απόδοση και κατάλληλοι για ενσωμάτωση, έχουν σταδιακά γίνει το επίκεντρο της έρευνας. Μεταξύ αυτών, οι εμπορικές μονάδες φωτοανιχνευτών InGaAs των 70GHz και 110GHz σχεδόν όλες υιοθετούν δομές σύζευξης κυματοδηγού. Ανάλογα με τη διαφορά στα υλικά υποστρώματος, οι φωτοανιχνευτές InGaAs με σύζευξη κυματοδηγού μπορούν να ταξινομηθούν κυρίως σε δύο τύπους: με βάση INP και με βάση Si. Το υλικό επιταξιακής εφαρμογής σε υποστρώματα InP έχει υψηλή ποιότητα και είναι πιο κατάλληλο για την κατασκευή συσκευών υψηλής απόδοσης. Ωστόσο, για υλικά ομάδας III-V που αναπτύσσονται ή συνδέονται σε υποστρώματα Si, λόγω διαφόρων αναντιστοιχιών μεταξύ υλικών InGaAs και υποστρωμάτων Si, η ποιότητα του υλικού ή της διεπαφής είναι σχετικά κακή και υπάρχει ακόμη σημαντικό περιθώριο βελτίωσης στην απόδοση των συσκευών.
Η συσκευή χρησιμοποιεί InGaAsP αντί για InP ως υλικό περιοχής εξάντλησης. Αν και μειώνει την ταχύτητα ολίσθησης κορεσμού των ηλεκτρονίων σε κάποιο βαθμό, βελτιώνει τη σύζευξη του προσπίπτοντος φωτός από τον κυματοδηγό στην περιοχή απορρόφησης. Ταυτόχρονα, το στρώμα επαφής τύπου Ν του InGaAsP αφαιρείται και σχηματίζεται ένα μικρό κενό σε κάθε πλευρά της επιφάνειας τύπου P, ενισχύοντας αποτελεσματικά τον περιορισμό στο φωτεινό πεδίο. Αυτό συμβάλλει στην επίτευξη υψηλότερης απόκρισης από τη συσκευή.
Ώρα δημοσίευσης: 28 Ιουλίου 2025