Fotodetektor berkecepatan tinggi diperkenalkan oleh fotodetektor InGaAs

Fotodetektor berkecepatan tinggi diperkenalkan olehFotodetektor InGaAs

Fotodetektor berkecepatan tinggidi bidang komunikasi optik terutama mencakup fotodetektor InGaAs III-V dan IV penuh Si dan Ge/Si fotodetektor. Yang pertama adalah detektor inframerah dekat tradisional, yang telah dominan sejak lama, sedangkan yang terakhir mengandalkan teknologi optik silikon untuk menjadi bintang baru, dan merupakan titik panas dalam bidang penelitian optoelektronik internasional dalam beberapa tahun terakhir. Selain itu, detektor baru berdasarkan bahan perovskit, organik, dan dua dimensi berkembang pesat karena keunggulan pemrosesan yang mudah, fleksibilitas yang baik, dan sifat merdu. Terdapat perbedaan signifikan antara detektor baru ini dan fotodetektor anorganik tradisional dalam hal sifat material dan proses produksi. Detektor perovskit memiliki karakteristik penyerapan cahaya yang sangat baik dan kapasitas pengangkutan muatan yang efisien, detektor bahan organik banyak digunakan karena biayanya yang rendah dan elektron yang fleksibel, dan detektor bahan dua dimensi telah menarik banyak perhatian karena sifat fisiknya yang unik dan mobilitas pembawa yang tinggi. Namun, dibandingkan dengan detektor InGaAs dan Si/Ge, detektor baru ini masih perlu ditingkatkan dalam hal stabilitas jangka panjang, kematangan produksi, dan integrasi.

InGaAs adalah salah satu material ideal untuk mewujudkan fotodetektor kecepatan tinggi dan respons tinggi. Pertama-tama, InGaAs adalah bahan semikonduktor celah pita langsung, dan lebar celah pitanya dapat diatur oleh rasio antara In dan Ga untuk mencapai deteksi sinyal optik dengan panjang gelombang berbeda. Diantaranya, In0.53Ga0.47As sangat cocok dengan kisi substrat InP, dan memiliki koefisien penyerapan cahaya yang besar pada pita komunikasi optik, yang paling banyak digunakan dalam pembuatanfotodetektor, dan kinerja arus gelap dan daya tanggap juga yang terbaik. Kedua, material InGaAs dan InP keduanya memiliki kecepatan penyimpangan elektron yang tinggi, dan kecepatan penyimpangan elektron jenuhnya sekitar 1×107 cm/s. Pada saat yang sama, material InGaAs dan InP memiliki efek overshoot kecepatan elektron di bawah medan listrik tertentu. Kecepatan overshoot dapat dibagi menjadi 4× 107cm/s dan 6×107cm/s, yang kondusif untuk mewujudkan bandwidth terbatas waktu pembawa yang lebih besar. Saat ini, fotodetektor InGaAs adalah fotodetektor paling utama untuk komunikasi optik, dan metode penggabungan kejadian permukaan banyak digunakan di pasar, dan produk detektor kejadian permukaan 25 Gbaud/s dan 56 Gbaud/s telah direalisasikan. Detektor insiden permukaan berukuran lebih kecil, insiden belakang, dan bandwidth besar juga telah dikembangkan, yang terutama cocok untuk aplikasi kecepatan tinggi dan saturasi tinggi. Namun, probe insiden permukaan dibatasi oleh mode koplingnya dan sulit untuk diintegrasikan dengan perangkat optoelektronik lainnya. Oleh karena itu, dengan peningkatan persyaratan integrasi optoelektronik, fotodetektor InGaAs yang digabungkan dengan pandu gelombang dengan kinerja luar biasa dan cocok untuk integrasi secara bertahap menjadi fokus penelitian, di antaranya modul fotoprobe InGaAs komersial 70 GHz dan 110 GHz hampir semuanya menggunakan struktur berpasangan pandu gelombang. Menurut bahan substrat yang berbeda, probe fotolistrik InGaAs yang menggabungkan pandu gelombang dapat dibagi menjadi dua kategori: InP dan Si. Bahan epitaksi pada substrat InP memiliki kualitas tinggi dan lebih cocok untuk persiapan perangkat berperforma tinggi. Namun, berbagai ketidaksesuaian antara material III-V, material InGaAs, dan substrat Si yang ditanam atau diikat pada substrat Si menyebabkan kualitas material atau antarmuka yang relatif buruk, dan kinerja perangkat masih memiliki ruang besar untuk ditingkatkan.