MemperkenalkanFotodetektor InGaAs
InGaAs adalah salah satu material ideal untuk mencapai respons tinggi danfotodetektor kecepatan tinggiPertama, InGaAs adalah material semikonduktor celah pita langsung, dan lebar celah pitanya dapat diatur oleh rasio antara In dan Ga, sehingga memungkinkan deteksi sinyal optik dengan panjang gelombang yang berbeda. Di antara material tersebut, In0.53Ga0.47As sangat cocok dengan kisi substrat InP dan memiliki koefisien penyerapan cahaya yang sangat tinggi dalam pita komunikasi optik. Material ini paling banyak digunakan dalam pembuatanfotodetektorSelain itu, material InGaAs dan InP juga memiliki kinerja arus gelap dan responsivitas yang paling luar biasa. Kedua, baik material InGaAs maupun InP memiliki kecepatan hanyut elektron yang relatif tinggi, dengan kecepatan hanyut elektron jenuhnya masing-masing sekitar 1×10⁷ cm/s. Sementara itu, di bawah medan listrik tertentu, material InGaAs dan InP menunjukkan efek overshoot kecepatan elektron, dengan kecepatan overshootnya masing-masing mencapai 4×10⁷ cm/s dan 6×10⁷ cm/s. Hal ini kondusif untuk mencapai bandwidth penyeberangan yang lebih tinggi. Saat ini, fotodetektor InGaAs adalah fotodetektor yang paling umum digunakan untuk komunikasi optik. Di pasaran, metode kopling insiden permukaan adalah yang paling umum. Produk detektor insiden permukaan dengan 25 Gaud/s dan 56 Gaud/s sudah dapat diproduksi secara massal. Detektor insiden permukaan berukuran lebih kecil, insiden balik, dan bandwidth tinggi juga telah dikembangkan, terutama untuk aplikasi seperti kecepatan tinggi dan saturasi tinggi. Namun, karena keterbatasan metode penggandengannya, detektor insiden permukaan sulit diintegrasikan dengan perangkat optoelektronik lainnya. Oleh karena itu, dengan meningkatnya permintaan akan integrasi optoelektronik, fotodetektor InGaAs yang digandengan pandu gelombang dengan kinerja yang sangat baik dan cocok untuk integrasi secara bertahap menjadi fokus penelitian. Di antaranya, modul fotodetektor InGaAs komersial 70GHz dan 110GHz hampir semuanya mengadopsi struktur penggandengan pandu gelombang. Menurut perbedaan bahan substrat, fotodetektor InGaAs yang digandengan pandu gelombang terutama dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: berbasis INP dan berbasis Si. Material epitaksial pada substrat InP memiliki kualitas tinggi dan lebih cocok untuk pembuatan perangkat berkinerja tinggi. Namun, untuk material kelompok III-V yang ditumbuhkan atau diikat pada substrat Si, karena berbagai ketidaksesuaian antara material InGaAs dan substrat Si, kualitas material atau antarmuka relatif buruk, dan masih ada ruang yang cukup besar untuk peningkatan kinerja perangkat.
Stabilitas fotodetektor dalam berbagai lingkungan aplikasi, terutama dalam kondisi ekstrem, juga merupakan salah satu faktor kunci dalam aplikasi praktis. Dalam beberapa tahun terakhir, jenis detektor baru seperti perovskit, organik, dan material dua dimensi, yang telah menarik banyak perhatian, masih menghadapi banyak tantangan dalam hal stabilitas jangka panjang karena material itu sendiri mudah terpengaruh oleh faktor lingkungan. Sementara itu, proses integrasi material baru masih belum matang, dan eksplorasi lebih lanjut masih diperlukan untuk produksi skala besar dan konsistensi kinerja.
Meskipun pengenalan induktor dapat secara efektif meningkatkan bandwidth perangkat saat ini, hal itu tidak populer dalam sistem komunikasi optik digital. Oleh karena itu, bagaimana menghindari dampak negatif untuk lebih mengurangi parameter RC parasitik perangkat merupakan salah satu arah penelitian fotodetektor berkecepatan tinggi. Kedua, seiring dengan terus meningkatnya bandwidth fotodetektor yang digabungkan dengan pandu gelombang, kendala antara bandwidth dan responsivitas mulai muncul kembali. Meskipun fotodetektor Ge/Si dan fotodetektor InGaAs dengan bandwidth 3dB melebihi 200GHz telah dilaporkan, responsivitasnya belum memuaskan. Bagaimana meningkatkan bandwidth sambil mempertahankan responsivitas yang baik merupakan topik penelitian penting, yang mungkin memerlukan pengenalan material baru yang kompatibel dengan proses (mobilitas tinggi dan koefisien absorpsi tinggi) atau struktur perangkat berkecepatan tinggi yang baru untuk dipecahkan. Selain itu, seiring dengan meningkatnya bandwidth perangkat, skenario aplikasi detektor dalam tautan fotonik gelombang mikro akan meningkat secara bertahap. Tidak seperti insiden daya optik kecil dan deteksi sensitivitas tinggi dalam komunikasi optik, skenario ini, berdasarkan bandwidth tinggi, memiliki permintaan daya saturasi tinggi untuk insiden daya tinggi. Namun, perangkat dengan bandwidth tinggi biasanya mengadopsi struktur berukuran kecil, sehingga tidak mudah untuk membuat fotodetektor berkecepatan tinggi dan berdaya saturasi tinggi, dan inovasi lebih lanjut mungkin diperlukan dalam ekstraksi pembawa muatan dan pembuangan panas perangkat. Terakhir, mengurangi arus gelap detektor berkecepatan tinggi tetap menjadi masalah yang perlu dipecahkan oleh fotodetektor dengan ketidaksesuaian kisi. Arus gelap terutama berkaitan dengan kualitas kristal dan keadaan permukaan material. Oleh karena itu, proses-proses kunci seperti heteroepitaksi berkualitas tinggi atau pengikatan pada sistem dengan ketidaksesuaian kisi membutuhkan lebih banyak penelitian dan investasi.
Waktu posting: 20 Agustus 2025