მაღალსიჩქარიანი ფოტოდეტექტორები დანერგილია InGaAs ფოტოდეტექტორების მიერ

დანერგილია მაღალი სიჩქარის ფოტოდეტექტორებიInGaAs ფოტოდეტექტორები

მაღალსიჩქარიანი ფოტოდეტექტორებიოპტიკური კომუნიკაციის სფეროში ძირითადად შედის III-V InGaAs ფოტოდეტექტორები და IV სრული Si და Ge/Si ფოტოდეტექტორები. პირველი არის ტრადიციული ახლო ინფრაწითელი დეტექტორი, რომელიც დომინანტურია დიდი ხნის განმავლობაში, ხოლო მეორე ეყრდნობა სილიკონის ოპტიკურ ტექნოლოგიას, რათა გახდეს ამომავალი ვარსკვლავი და არის ცხელი წერტილი საერთაშორისო ოპტოელექტრონული კვლევის სფეროში ბოლო წლების განმავლობაში. გარდა ამისა, პეროვსკიტზე, ორგანულ და ორგანზომილებიან მასალებზე დაფუძნებული ახალი დეტექტორები სწრაფად ვითარდება მარტივი დამუშავების, კარგი მოქნილობისა და რეგულირებადი თვისებების უპირატესობების გამო. ამ ახალ დეტექტორებსა და ტრადიციულ არაორგანულ ფოტოდეტექტორებს შორის მნიშვნელოვანი განსხვავებებია მასალის თვისებებში და წარმოების პროცესებში. პეროვსკიტის დეტექტორებს აქვთ სინათლის შთანთქმის შესანიშნავი მახასიათებლები და ეფექტური მუხტის ტრანსპორტირების უნარი, ორგანული მასალების დეტექტორები ფართოდ გამოიყენება მათი დაბალი ღირებულებისა და მოქნილი ელექტრონების გამო, ხოლო ორგანზომილებიანი მასალების დეტექტორებმა დიდი ყურადღება მიიპყრო მათი უნიკალური ფიზიკური თვისებების და მაღალი მატარებლის მობილურობის გამო. თუმცა, InGaAs და Si/Ge დეტექტორებთან შედარებით, ახალი დეტექტორები ჯერ კიდევ საჭიროებს გაუმჯობესებას გრძელვადიანი სტაბილურობის, წარმოების სიმწიფისა და ინტეგრაციის თვალსაზრისით.

InGaAs არის ერთ-ერთი იდეალური მასალა მაღალი სიჩქარისა და მაღალი რეაგირების ფოტოდეტექტორების რეალიზაციისთვის. უპირველეს ყოვლისა, InGaAs არის პირდაპირი ზოლიანი ნახევარგამტარული მასალა და მისი ზოლის სიგანე შეიძლება დარეგულირდეს In-სა და Ga-ს შორის თანაფარდობით, რათა მივაღწიოთ სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ოპტიკური სიგნალების გამოვლენას. მათ შორის, In0.53Ga0.47As სრულყოფილად ემთხვევა InP-ის სუბსტრატის გისოსს და აქვს სინათლის შთანთქმის დიდი კოეფიციენტი ოპტიკურ საკომუნიკაციო ზოლში, რომელიც ყველაზე ფართოდ გამოიყენება მომზადებისას.ფოტოდეტექტორებიდა ბნელი დენი და რეაგირების შესრულება ასევე საუკეთესოა. მეორეც, InGaAs და InP მასალებს ორივეს აქვს ელექტრონის დრიფტის მაღალი სიჩქარე და მათი გაჯერებული ელექტრონების დრიფტის სიჩქარე არის დაახლოებით 1×107 სმ/წმ. ამავდროულად, InGaAs და InP მასალებს აქვთ ელექტრონის სიჩქარის გადაჭარბების ეფექტი კონკრეტული ელექტრული ველის ქვეშ. გადაჭარბების სიჩქარე შეიძლება დაიყოს 4×107სმ/წმ და 6×107სმ/წმ, რაც ხელს უწყობს უფრო დიდი გადამზიდველის დროში შეზღუდული გამტარუნარიანობის რეალიზებას. ამჟამად, InGaAs ფოტოდეტექტორი არის ყველაზე გავრცელებული ფოტოდეტექტორი ოპტიკური კომუნიკაციისთვის, და ზედაპირზე დაწყვილების მეთოდი ძირითადად გამოიყენება ბაზარზე და რეალიზებულია 25 გბაუდ/წმ და 56 გბაუდ/წმ ზედაპირის შემთხვევის დეტექტორის პროდუქტები. ასევე შემუშავებულია უფრო მცირე ზომის, უკნიდან სიხშირის და დიდი გამტარუნარიანობის ზედაპირის შემთხვევის დეტექტორები, რომლებიც ძირითადად შესაფერისია მაღალი სიჩქარით და მაღალი გაჯერების აპლიკაციებისთვის. თუმცა, ზედაპირის შემთხვევის ზონდი შემოიფარგლება მისი შეერთების რეჟიმით და ძნელია ინტეგრირება სხვა ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებთან. ამიტომ, ოპტოელექტრონული ინტეგრაციის მოთხოვნების გაუმჯობესებით, ტალღის მაგიდის დაწყვილებული InGaAs ფოტოდეტექტორები, რომლებსაც აქვთ შესანიშნავი შესრულება და ინტეგრაციისთვის შესაფერისი, თანდათან გახდა კვლევის აქცენტი. სხვადასხვა სუბსტრატის მასალების მიხედვით, ტალღების დამაკავშირებელი InGaAs ფოტოელექტრული ზონდი შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად: InP და Si. InP სუბსტრატზე ეპიტაქსიალური მასალა მაღალი ხარისხისაა და უფრო შესაფერისია მაღალი ხარისხის მოწყობილობების მოსამზადებლად. თუმცა, სხვადასხვა შეუსაბამობა III-V მასალებს, InGaAs მასალებს და Si სუბსტრატებზე მოყვანილ ან შეკრულ Si სუბსტრატებს შორის იწვევს შედარებით ცუდ მასალას ან ინტერფეისის ხარისხს და მოწყობილობის მუშაობას ჯერ კიდევ აქვს გაუმჯობესების დიდი ადგილი.