IndføreInGaAs fotodetektor
InGaAs er et af de ideelle materialer til at opnå høj respons oghøjhastighedsfotodetektorFor det første er InGaAs et halvledermateriale med direkte båndgab, og dets båndgabsbredde kan reguleres af forholdet mellem In og Ga, hvilket muliggør detektion af optiske signaler med forskellige bølgelængder. Blandt dem er In₂₅₅Ga₂₅₅As perfekt matchet med InP-substratgitteret og har en meget høj lysabsorptionskoefficient i det optiske kommunikationsbånd. Det er det mest anvendte materiale til fremstilling affotodetektorog har også den mest fremragende ydeevne inden for mørkestrøm og responsivitet. For det andet har både InGaAs- og InP-materialer relativt høje elektrondriftshastigheder, hvor deres mættede elektrondriftshastigheder begge er omtrent 1×107 cm/s. Samtidig udviser InGaAs- og InP-materialer under specifikke elektriske felter elektronhastighedsoverskridelseseffekter, hvor deres overskridelseshastigheder når henholdsvis 4×107 cm/s og 6×107 cm/s. Dette bidrager til at opnå en højere krydsningsbåndbredde. I øjeblikket er InGaAs-fotodetektorer den mest almindelige fotodetektor til optisk kommunikation. På markedet er overfladeindfaldskoblingsmetoden den mest almindelige. Overfladeindfaldsdetektorprodukter med 25 Gaud/s og 56 Gaud/s kan allerede masseproduceres. Der er også blevet udviklet mindre, bagudvendte og højbåndbreddede overfladeindfaldsdetektorer, primært til anvendelser som høj hastighed og høj mætning. På grund af begrænsningerne i deres koblingsmetoder er overfladeindfaldsdetektorer imidlertid vanskelige at integrere med andre optoelektroniske enheder. Derfor er bølgelederkoblede InGaAs-fotodetektorer med fremragende ydeevne og egnet til integration gradvist blevet fokus for forskning med den stigende efterspørgsel efter optoelektronisk integration. Blandt dem anvender næsten alle kommercielle InGaAs-fotodetektormoduler på 70 GHz og 110 GHz bølgelederkoblingsstrukturer. Afhængigt af forskellen i substratmaterialer kan bølgelederkoblede InGaAs-fotodetektorer primært klassificeres i to typer: INP-baserede og Si-baserede. Materialet epitaksialt på InP-substrater har høj kvalitet og er mere egnet til fremstilling af højtydende enheder. For III-V-gruppematerialer, der dyrkes eller bindes på Si-substrater, er materiale- eller grænsefladekvaliteten imidlertid relativt dårlig på grund af forskellige uoverensstemmelser mellem InGaAs-materialer og Si-substrater, og der er stadig betydelig plads til forbedring af enhedernes ydeevne.
Fotodetektorens stabilitet i forskellige anvendelsesmiljøer, især under ekstreme forhold, er også en af nøglefaktorerne i praktiske anvendelser. I de senere år står nye typer detektorer, såsom perovskit, organiske og todimensionelle materialer, som har tiltrukket sig stor opmærksomhed, stadig over for mange udfordringer med hensyn til langsigtet stabilitet på grund af det faktum, at materialerne i sig selv let påvirkes af miljøfaktorer. Samtidig er integrationsprocessen for nye materialer stadig ikke moden, og yderligere udforskning er stadig nødvendig for storskalaproduktion og ensartet ydeevne.
Selvom introduktionen af induktorer effektivt kan øge båndbredden for enheder i øjeblikket, er det ikke populært i digitale optiske kommunikationssystemer. Derfor er det en af forskningsretningerne for højhastighedsfotodetektorer at undersøge, hvordan man undgår negative påvirkninger for yderligere at reducere enhedens parasitiske RC-parametre. For det andet, efterhånden som båndbredden for bølgelederkoblede fotodetektorer fortsætter med at stige, begynder begrænsningen mellem båndbredde og responsivitet at dukke op igen. Selvom Ge/Si-fotodetektorer og InGaAs-fotodetektorer med en 3dB båndbredde på over 200 GHz er blevet rapporteret, er deres responsivitet ikke tilfredsstillende. Hvordan man øger båndbredden, samtidig med at man opretholder god responsivitet, er et vigtigt forskningsemne, som kan kræve introduktion af nye proceskompatible materialer (høj mobilitet og høj absorptionskoefficient) eller nye højhastigheds-enhedsstrukturer for at løse dette. Derudover vil anvendelsesscenarierne for detektorer i mikrobølgefotoniske links gradvist stige, efterhånden som enhedens båndbredde stiger. I modsætning til den lille optiske effektforekomst og højfølsomhedsdetektion i optisk kommunikation har dette scenarie, på basis af høj båndbredde, et højt mætningseffektbehov for høj effektforekomst. Enheder med høj båndbredde anvender dog normalt små strukturer, så det er ikke let at fremstille fotodetektorer med høj hastighed og høj mætningseffekt, og yderligere innovationer kan være nødvendige inden for enhedernes bærerudtrækning og varmeafledning. Endelig er reduktion af mørkestrømmen i højhastighedsdetektorer fortsat et problem, som fotodetektorer med gittermismatch skal løse. Mørkestrøm er primært relateret til krystalkvaliteten og materialets overfladetilstand. Derfor kræver nøgleprocesser såsom heteroepitaxi af høj kvalitet eller binding under gittermismatch-systemer mere forskning og investering.
Opslagstidspunkt: 20. august 2025