InGaAs ფოტოდეტექტორის გაცნობა

წარმოგიდგენთInGaAs ფოტოდეტექტორი

InGaAs არის ერთ-ერთი იდეალური მასალა მაღალი რეაგირების მისაღწევად დამაღალსიჩქარიანი ფოტოდეტექტორიპირველ რიგში, InGaAs არის პირდაპირი ზოლური უფსკრულის მქონე ნახევარგამტარული მასალა და მისი ზოლური უფსკრულის სიგანის რეგულირება შესაძლებელია In-სა და Ga-ს შორის თანაფარდობით, რაც საშუალებას იძლევა სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ოპტიკური სიგნალების აღმოჩენის. მათ შორის, In0.53Ga0.47As იდეალურად ერწყმის InP სუბსტრატის ბადეს და აქვს ძალიან მაღალი სინათლის შთანთქმის კოეფიციენტი ოპტიკური კომუნიკაციის დიაპაზონში. ის ყველაზე ფართოდ გამოიყენება...ფოტოდეტექტორიდა ასევე გამოირჩევა მუქი დენის და მგრძნობელობის ყველაზე გამორჩეული მაჩვენებლებით. მეორეც, როგორც InGaAs, ასევე InP მასალებს აქვთ შედარებით მაღალი ელექტრონების დრიფტის სიჩქარეები, მათი გაჯერებული ელექტრონების დრიფტის სიჩქარეები დაახლოებით 1×107 სმ/წმ-ია. ამასობაში, სპეციფიკური ელექტრული ველების პირობებში, InGaAs და InP მასალები ავლენენ ელექტრონების სიჩქარის გადაჭარბების ეფექტებს, მათი გადაჭარბების სიჩქარეები შესაბამისად 4×107 სმ/წმ-ს და 6×107 სმ/წმ-ს აღწევს. ეს ხელს უწყობს უფრო მაღალი გადაკვეთის გამტარობის მიღწევას. ამჟამად, InGaAs ფოტოდეტექტორები ოპტიკური კომუნიკაციისთვის ყველაზე გავრცელებული ფოტოდეტექტორია. ბაზარზე ყველაზე გავრცელებულია ზედაპირულ-ინციდენტური შეერთების მეთოდი. ზედაპირულ-ინციდენტური დეტექტორების პროდუქტები 25 გაუდ/წმ და 56 გაუდ/წმ სიჩქარით უკვე შესაძლებელია მასობრივი წარმოება. ასევე შემუშავებულია მცირე ზომის, უკუ-ინციდენტური და მაღალი გამტარობის ზედაპირულ-ინციდენტური დეტექტორები, ძირითადად ისეთი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა მაღალი სიჩქარე და მაღალი გაჯერება. თუმცა, მათი შეერთების მეთოდების შეზღუდვების გამო, ზედაპირული ინციდენტური დეტექტორების ინტეგრირება სხვა ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებთან რთულია. ამიტომ, ოპტოელექტრონული ინტეგრაციის მზარდი მოთხოვნის გათვალისწინებით, ტალღგამტარი შეერთებული InGaAs ფოტოდეტექტორები, რომლებსაც აქვთ შესანიშნავი შესრულება და შესაფერისია ინტეგრაციისთვის, თანდათანობით იქცა კვლევის ცენტრში. მათ შორის, 70 გჰც და 110 გჰც სიხშირის კომერციული InGaAs ფოტოდეტექტორის მოდულები თითქმის ყველა იყენებს ტალღგამტარი შეერთების სტრუქტურებს. სუბსტრატის მასალების განსხვავების მიხედვით, ტალღგამტარი შეერთებული InGaAs ფოტოდეტექტორები ძირითადად შეიძლება კლასიფიცირდეს ორ ტიპად: INP-ზე დაფუძნებული და Si-ზე დაფუძნებული. InP სუბსტრატებზე ეპიტაქსიური მასალა მაღალი ხარისხისაა და უფრო შესაფერისია მაღალი ხარისხის მოწყობილობების დასამზადებლად. თუმცა, Si სუბსტრატებზე გაზრდილი ან შეერთებული III-V ჯგუფის მასალებისთვის, InGaAs მასალებსა და Si სუბსტრატებს შორის სხვადასხვა შეუსაბამობის გამო, მასალის ან ინტერფეისის ხარისხი შედარებით ცუდია და მოწყობილობების მუშაობის გაუმჯობესების მნიშვნელოვანი ადგილი არსებობს.

ფოტოდეტექტორის სტაბილურობა სხვადასხვა გამოყენების გარემოში, განსაკუთრებით ექსტრემალურ პირობებში, ასევე წარმოადგენს პრაქტიკული გამოყენების ერთ-ერთ მთავარ ფაქტორს. ბოლო წლებში, ახალი ტიპის დეტექტორები, როგორიცაა პეროვსკიტი, ორგანული და ორგანზომილებიანი მასალები, რომლებმაც დიდი ყურადღება მიიპყრო, კვლავ აწყდებიან მრავალ გამოწვევას გრძელვადიანი სტაბილურობის თვალსაზრისით, იმის გამო, რომ თავად მასალები ადვილად ექვემდებარება გარემო ფაქტორების გავლენას. ამასობაში, ახალი მასალების ინტეგრაციის პროცესი ჯერ კიდევ არ არის დახვეწილი და ფართომასშტაბიანი წარმოებისა და მუშაობის თანმიმდევრულობისთვის საჭიროა შემდგომი კვლევა.

მიუხედავად იმისა, რომ ინდუქტორების დანერგვას ამჟამად შეუძლია ეფექტურად გაზარდოს მოწყობილობების გამტარუნარიანობა, ის ციფრული ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემებში პოპულარული არ არის. ამიტომ, მაღალსიჩქარიანი ფოტოდეტექტორის ერთ-ერთი კვლევითი მიმართულებაა მოწყობილობის პარაზიტული RC პარამეტრების შემდგომი შემცირების ნეგატიური ზემოქმედების თავიდან აცილება. მეორეც, ტალღის გამტართან შეერთებული ფოტოდეტექტორების გამტარუნარიანობის ზრდასთან ერთად, გამტარუნარიანობასა და მგრძნობელობას შორის შეზღუდვა კვლავ იჩენს თავს. მიუხედავად იმისა, რომ აღწერილია Ge/Si ფოტოდეტექტორები და InGaAs ფოტოდეტექტორები 3dB გამტარუნარიანობით, რომელთა გამტარუნარიანობა 200 გჰც-ს აღემატება, მათი მგრძნობელობა არ არის დამაკმაყოფილებელი. გამტარუნარიანობის გაზრდის გზები კარგი მგრძნობელობის შენარჩუნებით მნიშვნელოვანი კვლევითი თემაა, რომლის გადასაჭრელად შეიძლება საჭირო გახდეს ახალი პროცესებთან თავსებადი მასალების (მაღალი მობილურობა და მაღალი შთანთქმის კოეფიციენტი) ან ახალი მაღალსიჩქარიანი მოწყობილობის სტრუქტურების დანერგვა. გარდა ამისა, მოწყობილობის გამტარუნარიანობის ზრდასთან ერთად, მიკროტალღურ ფოტონურ კავშირებში დეტექტორების გამოყენების სცენარები თანდათან გაიზრდება. ოპტიკურ კომუნიკაციაში მცირე ოპტიკური სიმძლავრის და მაღალი მგრძნობელობის დეტექციისგან განსხვავებით, ამ სცენარს, მაღალი გამტარუნარიანობის საფუძველზე, მაღალი სიმძლავრის დაცემისთვის მაღალი გაჯერების სიმძლავრის მოთხოვნა აქვს. თუმცა, მაღალი გამტარუნარიანობის მოწყობილობები, როგორც წესი, მცირე ზომის სტრუქტურებს იყენებენ, ამიტომ მაღალსიჩქარიანი და მაღალი გაჯერების სიმძლავრის ფოტოდეტექტორების დამზადება ადვილი არ არის და შესაძლოა საჭირო გახდეს მოწყობილობების მატარებლების ექსტრაქციისა და სითბოს გაფრქვევის შემდგომი ინოვაციები. და ბოლოს, მაღალსიჩქარიანი დეტექტორების ბნელი დენის შემცირება კვლავ პრობლემად რჩება, რომლის გადაჭრაც ბადის შეუსაბამობის მქონე ფოტოდეტექტორებმა უნდა შეძლონ. ბნელი დენი ძირითადად დაკავშირებულია მასალის კრისტალის ხარისხთან და ზედაპირის მდგომარეობასთან. ამიტომ, ისეთი ძირითადი პროცესები, როგორიცაა მაღალი ხარისხის ჰეტეროეპიტაქსია ან ბადის შეუსაბამობის სისტემებში შეერთება, მეტ კვლევას და ინვესტიციას მოითხოვს.