IntroducirFotodetector de InGaAs
O InGaAs é un dos materiais ideais para conseguir unha alta resposta efotodetector de alta velocidadeEn primeiro lugar, o InGaAs é un material semicondutor de banda prohibida directa, e a súa anchura de banda prohibida pode regularse mediante a relación entre o In e o Ga, o que permite a detección de sinais ópticos de diferentes lonxitudes de onda. Entre eles, o In0.53Ga0.47As combínase perfectamente coa rede de substrato de InP e ten un coeficiente de absorción de luz moi alto na banda de comunicación óptica. É o máis utilizado na preparación defotodetectore tamén ten o rendemento de corrente escura e responsividade máis destacado. En segundo lugar, tanto os materiais InGaAs como os InP teñen velocidades de deriva de electróns relativamente altas, sendo ambas as velocidades de deriva de electróns saturadas aproximadamente de 1 × 10⁷ cm/s. Mentres tanto, baixo campos eléctricos específicos, os materiais InGaAs e InP presentan efectos de sobrepaso da velocidade dos electróns, alcanzando velocidades de sobrepaso de 4 × 10⁷ cm/s e 6 × 10⁷ cm/s respectivamente. Isto facilita acadar unha maior largura de banda de cruce. Na actualidade, os fotodetectores de InGaAs son o fotodetector máis común para a comunicación óptica. No mercado, o método de acoplamento de incidencia superficial é o máis común. Os produtos detectores de incidencia superficial con 25 Gaud/s e 56 Gaud/s xa se poden producir en masa. Tamén se desenvolveron detectores de incidencia superficial de menor tamaño, de incidencia posterior e de gran largura de banda, principalmente para aplicacións como alta velocidade e alta saturación. Non obstante, debido ás limitacións dos seus métodos de acoplamento, os detectores de incidencia superficial son difíciles de integrar con outros dispositivos optoelectrónicos. Polo tanto, coa crecente demanda de integración optoelectrónica, os fotodetectores de InGaAs acoplados a guías de onda con excelente rendemento e axeitados para a integración convertéronse gradualmente no foco de investigación. Entre eles, os módulos fotodetectores comerciais de InGaAs de 70 GHz e 110 GHz case todos adoptan estruturas de acoplamento de guías de onda. Segundo a diferenza nos materiais do substrato, os fotodetectores de InGaAs acoplados a guías de onda pódense clasificar principalmente en dous tipos: baseados en INP e baseados en Si. O material epitaxial nos substratos de InP ten alta calidade e é máis axeitado para a fabricación de dispositivos de alto rendemento. Non obstante, para os materiais do grupo III-V cultivados ou unidos en substratos de Si, debido a varias discrepancias entre os materiais de InGaAs e os substratos de Si, a calidade do material ou da interface é relativamente deficiente e aínda hai un marxe considerable de mellora no rendemento dos dispositivos.
A estabilidade do fotodetector en diversos entornos de aplicación, especialmente en condicións extremas, é tamén un dos factores clave nas aplicacións prácticas. Nos últimos anos, novos tipos de detectores como a perovskita, os materiais orgánicos e bidimensionais, que chamaron moita atención, aínda enfrontan moitos desafíos en termos de estabilidade a longo prazo debido ao feito de que os propios materiais se ven afectados facilmente polos factores ambientais. Mentres tanto, o proceso de integración de novos materiais aínda non está maduro e aínda se necesita máis exploración para a produción a grande escala e a consistencia do rendemento.
Aínda que a introdución de indutores pode aumentar eficazmente o ancho de banda dos dispositivos na actualidade, non é popular nos sistemas de comunicación óptica dixital. Polo tanto, como evitar impactos negativos para reducir aínda máis os parámetros RC parasitos do dispositivo é unha das direccións de investigación dos fotodetectores de alta velocidade. En segundo lugar, a medida que o ancho de banda dos fotodetectores acoplados a guías de onda segue aumentando, a restrición entre o ancho de banda e a capacidade de resposta comeza a emerxer de novo. Aínda que se informaron de fotodetectores de Ge/Si e fotodetectores de InGaAs cun ancho de banda de 3 dB superior a 200 GHz, as súas capacidades de resposta non son satisfactorias. Como aumentar o ancho de banda mantendo unha boa capacidade de resposta é un tema de investigación importante, que pode requirir a introdución de novos materiais compatibles co proceso (alta mobilidade e alto coeficiente de absorción) ou novas estruturas de dispositivos de alta velocidade para resolver. Ademais, a medida que aumenta o ancho de banda do dispositivo, os escenarios de aplicación dos detectores en enlaces fotónicos de microondas aumentarán gradualmente. A diferenza da pequena incidencia de potencia óptica e a detección de alta sensibilidade na comunicación óptica, este escenario, baseado nun alto ancho de banda, ten unha alta demanda de potencia de saturación para a incidencia de alta potencia. Non obstante, os dispositivos de gran ancho de banda adoitan adoptar estruturas de pequeno tamaño, polo que non é doado fabricar fotodetectores de alta velocidade e alta potencia de saturación, e poden ser necesarias máis innovacións na extracción de portadores e na disipación de calor dos dispositivos. Finalmente, a redución da corrente escura dos detectores de alta velocidade segue sendo un problema que os fotodetectores con desaxuste de rede deben resolver. A corrente escura está relacionada principalmente coa calidade do cristal e o estado superficial do material. Polo tanto, procesos clave como a heteroepitaxia de alta calidade ou a unión baixo sistemas de desaxuste de rede requiren máis investigación e investimento.
Data de publicación: 20 de agosto de 2025