IntroducerenInGaAs-fotodetector
InGaAs is een van de ideale materialen voor het bereiken van hoge respons enhogesnelheidsfotodetectorTen eerste is InGaAs een halfgeleidermateriaal met directe bandgap, en de bandgapbreedte kan worden geregeld door de verhouding tussen In en Ga, waardoor optische signalen met verschillende golflengten kunnen worden gedetecteerd. In0,53Ga0,47As is perfect afgestemd op het InP-substraatrooster en heeft een zeer hoge lichtabsorptiecoëfficiënt in de optische communicatieband. Het is het meest gebruikte materiaal bij de productie vanfotodetectoren heeft ook de meest uitstekende donkerstroom- en responsiviteitsprestaties. Ten tweede hebben zowel InGaAs- als InP-materialen relatief hoge elektronendriftsnelheden, waarbij hun verzadigde elektronendriftsnelheden beide ongeveer 1 × 107 cm / s bedragen. Ondertussen vertonen InGaAs- en InP-materialen onder specifieke elektrische velden overshoot-effecten van de elektronensnelheid, waarbij hun overshoot-snelheden respectievelijk 4 × 107 cm / s en 6 × 107 cm / s bereiken. Het is bevorderlijk voor het bereiken van een hogere kruisingsbandbreedte. Momenteel zijn InGaAs-fotodetectoren de meest gangbare fotodetector voor optische communicatie. Op de markt is de oppervlakte-invallende koppelingsmethode de meest voorkomende. Oppervlakte-invallende detectorproducten met 25 Gaud / s en 56 Gaud / s kunnen al in massa worden geproduceerd. Kleinere, terug-invallende en hoge-bandbreedte oppervlakte-invallende detectoren zijn ook ontwikkeld, voornamelijk voor toepassingen zoals hoge snelheid en hoge verzadiging. Vanwege de beperkingen van hun koppelingsmethoden zijn oppervlakte-invallende detectoren echter moeilijk te integreren met andere opto-elektronische apparaten. Daarom zijn, met de toenemende vraag naar opto-elektronische integratie, golfgeleidergekoppelde InGaAs-fotodetectoren met uitstekende prestaties en geschikt voor integratie geleidelijk het focuspunt van onderzoek geworden. Commerciële InGaAs-fotodetectormodules van 70 GHz en 110 GHz maken bijna allemaal gebruik van golfgeleiderkoppelingsstructuren. Afhankelijk van het verschil in substraatmaterialen kunnen golfgeleidergekoppelde InGaAs-fotodetectoren hoofdzakelijk worden ingedeeld in twee typen: INP-gebaseerd en Si-gebaseerd. Het epitaxiale materiaal op InP-substraten is van hoge kwaliteit en is geschikter voor de fabricage van hoogwaardige apparaten. Voor materialen uit groep III-V die op Si-substraten worden gekweekt of gebonden, is de materiaal- of interfacekwaliteit echter relatief slecht vanwege verschillende mismatches tussen InGaAs-materialen en Si-substraten, en is er nog aanzienlijke ruimte voor verbetering in de prestaties van de apparaten.
De stabiliteit van de fotodetector in verschillende toepassingsomgevingen, met name onder extreme omstandigheden, is ook een van de belangrijkste factoren in praktische toepassingen. Nieuwe typen detectoren, zoals perovskiet, organische en tweedimensionale materialen, die de laatste jaren veel aandacht hebben getrokken, kampen nog steeds met veel uitdagingen op het gebied van stabiliteit op lange termijn, omdat de materialen zelf gemakkelijk worden beïnvloed door omgevingsfactoren. Ondertussen is het integratieproces van nieuwe materialen nog niet volwassen en is verdere verkenning nodig voor grootschalige productie en consistente prestaties.
Hoewel de introductie van inductoren de bandbreedte van apparaten momenteel effectief kan vergroten, is het niet populair in digitale optische communicatiesystemen. Daarom is het vermijden van negatieve effecten om de parasitaire RC-parameters van het apparaat verder te verlagen een van de onderzoeksrichtingen voor hogesnelheidsfotodetectoren. Ten tweede, naarmate de bandbreedte van golfgeleidergekoppelde fotodetectoren blijft toenemen, begint de beperking tussen bandbreedte en responsiviteit zich opnieuw te manifesteren. Hoewel Ge/Si-fotodetectoren en InGaAs-fotodetectoren met een bandbreedte van 3 dB boven 200 GHz zijn gerapporteerd, zijn hun responsiviteiten niet bevredigend. Hoe de bandbreedte kan worden vergroot met behoud van een goede responsiviteit is een belangrijk onderzoeksonderwerp, waarvoor mogelijk de introductie van nieuwe procescompatibele materialen (hoge mobiliteit en hoge absorptiecoëfficiënt) of nieuwe hogesnelheidsapparaatstructuren nodig is. Bovendien zullen, naarmate de bandbreedte van het apparaat toeneemt, de toepassingsscenario's van detectoren in microgolffotonische verbindingen geleidelijk toenemen. In tegenstelling tot de kleine optische vermogensinval en hooggevoelige detectie in optische communicatie, heeft dit scenario, gebaseerd op een hoge bandbreedte, een hoge vraag naar verzadigingsvermogen voor hoge vermogensinval. Apparaten met een hoge bandbreedte gebruiken echter meestal kleine structuren, waardoor het niet eenvoudig is om fotodetectoren met hoge snelheid en hoog verzadigingsvermogen te fabriceren. Verdere innovaties op het gebied van de dragerextractie en warmteafvoer van de apparaten zijn mogelijk nodig. Ten slotte blijft het verminderen van de donkerstroom van hogesnelheidsdetectoren een probleem dat fotodetectoren met roostermismatch moeten oplossen. Donkerstroom hangt voornamelijk af van de kristalkwaliteit en de oppervlaktetoestand van het materiaal. Daarom vereisen belangrijke processen zoals hoogwaardige hetero-epitaxie of binding onder roostermismatchsystemen meer onderzoek en investeringen.
Plaatsingstijd: 20-08-2025