IntroduirFotodetector d'InGaAs
L'InGaAs és un dels materials ideals per aconseguir una alta resposta ifotodetector d'alta velocitatEn primer lloc, l'InGaAs és un material semiconductor de banda prohibida directa, i l'amplada de la seva banda prohibida es pot regular mitjançant la relació entre l'In i el Ga, cosa que permet la detecció de senyals òptics de diferents longituds d'ona. Entre ells, l'In0.53Ga0.47As s'adapta perfectament a la xarxa de substrat d'InP i té un coeficient d'absorció de llum molt alt a la banda de comunicació òptica. És el més utilitzat en la preparació defotodetectori també té el rendiment de corrent fosc i responsivitat més destacats. En segon lloc, tant els materials InGaAs com els InP tenen velocitats de deriva d'electrons relativament altes, amb velocitats de deriva d'electrons saturats d'aproximadament 1 × 10 7 cm/s. Mentrestant, sota camps elèctrics específics, els materials InGaAs i InP presenten efectes de sobrepassament de la velocitat dels electrons, amb velocitats de sobrepassament que arriben a 4 × 10 7 cm/s i 6 × 10 7 cm/s respectivament. Això és propici per aconseguir un ample de banda de creuament més alt. Actualment, els fotodetectors d'InGaAs són els fotodetectors més comuns per a la comunicació òptica. Al mercat, el mètode d'acoblament d'incident superficial és el més comú. Els productes de detector d'incident superficial amb 25 Gaud/s i 56 Gaud/s ja es poden produir en massa. També s'han desenvolupat detectors d'incident superficial de mida més petita, d'incident posterior i d'ample de banda elevat, principalment per a aplicacions com ara alta velocitat i alta saturació. Tanmateix, a causa de les limitacions dels seus mètodes d'acoblament, els detectors d'incident superficial són difícils d'integrar amb altres dispositius optoelectrònics. Per tant, amb la creixent demanda d'integració optoelectrònica, els fotodetectors d'InGaAs acoblats amb guia d'ones amb un rendiment excel·lent i adequats per a la integració s'han convertit gradualment en el focus de la investigació. Entre ells, els mòduls fotodetectors comercials d'InGaAs de 70 GHz i 110 GHz adopten gairebé tots estructures d'acoblament de guia d'ones. Segons la diferència en els materials del substrat, els fotodetectors d'InGaAs acoblats amb guia d'ones es poden classificar principalment en dos tipus: basats en INP i basats en Si. El material epitaxial sobre els substrats d'InP té una alta qualitat i és més adequat per a la fabricació de dispositius d'alt rendiment. Tanmateix, per als materials del grup III-V que creixen o s'uneixen sobre substrats de Si, a causa de diverses discrepàncies entre els materials d'InGaAs i els substrats de Si, la qualitat del material o de la interfície és relativament deficient, i encara hi ha un marge considerable de millora en el rendiment dels dispositius.
L'estabilitat del fotodetector en diversos entorns d'aplicació, especialment en condicions extremes, també és un dels factors clau en les aplicacions pràctiques. En els darrers anys, nous tipus de detectors com la perovskita, els materials orgànics i bidimensionals, que han atret molta atenció, encara s'enfronten a molts reptes pel que fa a l'estabilitat a llarg termini a causa del fet que els propis materials es veuen afectats fàcilment pels factors ambientals. Mentrestant, el procés d'integració de nous materials encara no està madur i encara cal més exploració per a la producció a gran escala i la consistència del rendiment.
Tot i que la introducció d'inductors pot augmentar eficaçment l'amplada de banda dels dispositius actualment, no és popular en els sistemes de comunicació òptica digital. Per tant, com evitar impactes negatius per reduir encara més els paràmetres RC paràsits del dispositiu és una de les direccions de recerca dels fotodetectors d'alta velocitat. En segon lloc, a mesura que l'amplada de banda dels fotodetectors acoblats a guia d'ones continua augmentant, la restricció entre l'amplada de banda i la resposta comença a emergir de nou. Tot i que s'han reportat fotodetectors de Ge/Si i fotodetectors d'InGaAs amb una amplada de banda de 3dB superior a 200 GHz, les seves responsivitats no són satisfactòries. Com augmentar l'amplada de banda mantenint una bona resposta és un tema de recerca important, que pot requerir la introducció de nous materials compatibles amb el procés (alta mobilitat i alt coeficient d'absorció) o noves estructures de dispositius d'alta velocitat per resoldre. A més, a mesura que augmenta l'amplada de banda del dispositiu, els escenaris d'aplicació dels detectors en enllaços fotònics de microones augmentaran gradualment. A diferència de la petita incidència de potència òptica i la detecció d'alta sensibilitat en la comunicació òptica, aquest escenari, sobre la base d'una amplada de banda elevada, té una alta demanda de potència de saturació per a una incidència d'alta potència. Tanmateix, els dispositius d'ample de banda elevat solen adoptar estructures de mida petita, per la qual cosa no és fàcil fabricar fotodetectors d'alta velocitat i alta potència de saturació, i poden ser necessàries més innovacions en l'extracció del portador i la dissipació de calor dels dispositius. Finalment, la reducció del corrent fosc dels detectors d'alta velocitat continua sent un problema que els fotodetectors amb desajust de xarxa han de resoldre. El corrent fosc està principalment relacionat amb la qualitat del cristall i l'estat superficial del material. Per tant, processos clau com l'heteroepitaxia d'alta qualitat o l'enllaç sota sistemes de desajust de xarxa requereixen més recerca i inversió.
Data de publicació: 20 d'agost de 2025