Hoge snelheidsfotodetectoren worden geïntroduceerd doorInGaAs-fotodetectoren
Hogesnelheidsfotodetectorenop het gebied van optische communicatie omvatten voornamelijk III-V InGaAs-fotodetectoren en IV volledige Si en Ge/Si-fotodetectorenDe eerste is een traditionele nabij-infrarooddetector, die lange tijd dominant is geweest, terwijl de laatste vertrouwt op optische siliciumtechnologie om een rijzende ster te worden en de afgelopen jaren een hot spot is geworden op het gebied van internationaal opto-elektronisch onderzoek. Bovendien ontwikkelen nieuwe detectoren op basis van perovskiet, organische en tweedimensionale materialen zich snel vanwege de voordelen van eenvoudige verwerking, goede flexibiliteit en instelbare eigenschappen. Er zijn aanzienlijke verschillen tussen deze nieuwe detectoren en traditionele anorganische fotodetectoren in materiaaleigenschappen en productieprocessen. Perovskiettetectoren hebben uitstekende lichtabsorptie-eigenschappen en een efficiënt ladingstransportvermogen, detectoren voor organische materialen worden veel gebruikt vanwege hun lage kosten en flexibele elektronen, en detectoren voor tweedimensionale materialen hebben veel aandacht getrokken vanwege hun unieke fysische eigenschappen en hoge ladingsdragermobiliteit. Vergeleken met InGaAs- en Si/Ge-detectoren moeten de nieuwe detectoren echter nog worden verbeterd op het gebied van stabiliteit op lange termijn, productierijpheid en integratie.
InGaAs is een van de ideale materialen voor de productie van fotodetectoren met hoge snelheid en hoge respons. Ten eerste is InGaAs een halfgeleidermateriaal met directe bandgap, en de bandgapbreedte kan worden geregeld door de verhouding tussen In en Ga, wat de detectie van optische signalen met verschillende golflengten mogelijk maakt. In0,53Ga0,47As is perfect afgestemd op het substraatrooster van InP en heeft een hoge lichtabsorptiecoëfficiënt in de optische communicatieband, wat het meest wordt gebruikt bij de productie vanfotodetectoren, en de donkerstroom- en responsprestaties zijn ook de beste. Ten tweede hebben InGaAs- en InP-materialen beide een hoge elektronendriftsnelheid en is hun verzadigde elektronendriftsnelheid ongeveer 1 × 107 cm/s. Tegelijkertijd hebben InGaAs- en InP-materialen een overshoot-effect van de elektronensnelheid onder een specifiek elektrisch veld. De overshoot-snelheid kan worden onderverdeeld in 4 × 107 cm/s en 6 × 107 cm/s, wat bevorderlijk is voor het realiseren van een grotere draaggolftijdbeperkte bandbreedte. Momenteel is de InGaAs-fotodetector de meest gangbare fotodetector voor optische communicatie en wordt de oppervlakte-incidentiekoppelingsmethode het meest gebruikt op de markt. De oppervlakte-incidentiedetectorproducten van 25 Gbaud/s en 56 Gbaud/s zijn gerealiseerd. Kleinere, terugincidentie- en grote bandbreedte-oppervlakte-incidentiedetectoren zijn ook ontwikkeld, die voornamelijk geschikt zijn voor toepassingen met hoge snelheid en hoge verzadiging. De oppervlakte-incidentieprobe wordt echter beperkt door zijn koppelingsmodus en is moeilijk te integreren met andere opto-elektronische apparaten. Met de verbetering van de eisen voor opto-elektronische integratie zijn golfgeleidergekoppelde InGaAs-fotodetectoren met uitstekende prestaties en geschikt voor integratie daarom geleidelijk het middelpunt van onderzoek geworden. De commerciële 70 GHz en 110 GHz InGaAs-fotosondemodules maken vrijwel allemaal gebruik van golfgeleidergekoppelde structuren. Afhankelijk van de verschillende substraatmaterialen kan de golfgeleidergekoppelde InGaAs-foto-elektrische sonde worden onderverdeeld in twee categorieën: InP en Si. Het epitaxiale materiaal op InP-substraat is van hoge kwaliteit en is geschikter voor de vervaardiging van hoogwaardige apparaten. Verschillende mismatches tussen III-V-materialen, InGaAs-materialen en Si-substraten die op Si-substraten worden aangebracht of gelijmd, leiden echter tot een relatief slechte materiaal- of interfacekwaliteit, waardoor de prestaties van het apparaat nog veel ruimte voor verbetering bieden.
Plaatsingstijd: 31-12-2024