PředstavitInGaAs fotodetektor
InGaAs je jedním z ideálních materiálů pro dosažení vysoké odezvy avysokorychlostní fotodetektorZa prvé, InGaAs je polovodičový materiál s přímou šířkou zakázaného pásma a šířku jeho zakázaného pásma lze regulovat poměrem mezi In a Ga, což umožňuje detekci optických signálů různých vlnových délek. Z nich In0,53Ga0,47As dokonale odpovídá mřížce substrátu InP a má velmi vysoký koeficient absorpce světla v optickém komunikačním pásmu. Je nejrozšířenějším materiálem při přípravě...fotodetektora také má nejvynikající výkon v tmavém proudu a citlivosti. Za druhé, materiály InGaAs i InP mají relativně vysoké rychlosti driftu elektronů, přičemž jejich nasycené rychlosti driftu elektronů jsou přibližně 1×107 cm/s. Zároveň za specifických elektrických polí vykazují materiály InGaAs a InP efekt překmitnutí rychlosti elektronů, přičemž jejich rychlosti dosahují 4×107 cm/s, respektive 6×107 cm/s. To vede k dosažení vyšší šířky pásma křížení. V současné době jsou fotodetektory InGaAs nejběžnějším fotodetektorem pro optickou komunikaci. Na trhu je nejběžnější metoda vazby na povrch. Produkty s detektory dopadu na povrch s 25 Gaud/s a 56 Gaud/s lze již sériově vyrábět. Byly také vyvinuty menší detektory dopadu na povrch s detekcí zpětného dopadu a s vysokou šířkou pásma, zejména pro aplikace, jako je vysoká rychlost a vysoká saturace. Vzhledem k omezením jejich metod vazby je však obtížné integrovat detektory dopadu na povrch s jinými optoelektronickými zařízeními. S rostoucí poptávkou po optoelektronické integraci se proto postupně dostávají do centra výzkumu vlnovodově vázané InGaAs fotodetektory s vynikajícím výkonem a vhodnou integrací. Mezi nimi téměř všechny komerční InGaAs fotodetektorové moduly s frekvencemi 70 GHz a 110 GHz používají vlnovodové vazební struktury. Podle rozdílu v materiálech substrátů lze vlnovodově vázané InGaAs fotodetektory rozdělit hlavně na dva typy: na bázi INP a na bázi Si. Materiál epitaxní na substrátech InP má vysokou kvalitu a je vhodnější pro výrobu vysoce výkonných zařízení. U materiálů skupiny III-V pěstovaných nebo vázaných na Si substrátech je však v důsledku různých neshod mezi materiály InGaAs a Si substráty kvalita materiálu nebo rozhraní relativně nízká a stále existuje značný prostor pro zlepšení výkonu zařízení.
Stabilita fotodetektoru v různých aplikačních prostředích, zejména v extrémních podmínkách, je také jedním z klíčových faktorů v praktických aplikacích. V posledních letech se nové typy detektorů, jako jsou perovskitové, organické a dvourozměrné materiály, které přitahují velkou pozornost, stále potýkají s mnoha výzvami, pokud jde o dlouhodobou stabilitu, a to vzhledem k tomu, že samotné materiály jsou snadno ovlivněny faktory prostředí. Proces integrace nových materiálů zároveň stále není zralý a pro velkovýrobu a konzistenci výkonu je stále zapotřebí dalšího výzkumu.
Přestože zavedení induktorů může v současnosti efektivně zvýšit šířku pásma zařízení, není v digitálních optických komunikačních systémech populární. Proto je jedním z výzkumných směrů vysokorychlostních fotodetektorů otázka, jak se vyhnout negativním dopadům a dále snížit parazitní RC parametry zařízení. Za druhé, s rostoucí šířkou pásma vlnovodově vázaných fotodetektorů se opět začíná objevovat omezení mezi šířkou pásma a citlivostí. Přestože byly hlášeny Ge/Si fotodetektory a InGaAs fotodetektory s šířkou pásma 3 dB přesahující 200 GHz, jejich citlivost není uspokojivá. Jak zvýšit šířku pásma při zachování dobré citlivosti je důležité výzkumné téma, které může vyžadovat zavedení nových procesně kompatibilních materiálů (vysoká mobilita a vysoký absorpční koeficient) nebo nových vysokorychlostních struktur zařízení. Kromě toho se s rostoucí šířkou pásma zařízení budou postupně zvyšovat i aplikační scénáře detektorů v mikrovlnných fotonických spojích. Na rozdíl od malého dopadu optického výkonu a vysoce citlivé detekce v optické komunikaci má tento scénář, na základě vysoké šířky pásma, vysoké nároky na saturační výkon pro dopad vysokého výkonu. Zařízení s vysokou šířkou pásma však obvykle používají malé struktury, takže není snadné vyrobit vysokorychlostní fotodetektory s vysokým saturačním výkonem a mohou být zapotřebí další inovace v oblasti extrakce nosičů náboje a odvodu tepla u zařízení. A konečně, snížení tmavého proudu vysokorychlostních detektorů zůstává problémem, který musí fotodetektory s mřížkovou neshodou řešit. Temný proud souvisí hlavně s kvalitou krystalu a povrchovým stavem materiálu. Klíčové procesy, jako je vysoce kvalitní heteroepitaxe nebo vázání v systémech s mřížkovou neshodou, proto vyžadují více výzkumu a investic.
Čas zveřejnění: 20. srpna 2025