Os fotodetectores de alta velocidade são introduzidos pelos fotodetectores InGaAs.

Os fotodetectores de alta velocidade são introduzidos porFotodetectores InGaAs

Fotodetectores de alta velocidadeNa área de comunicação óptica, incluem-se principalmente fotodetectores III-V InGaAs e IV totalmente de Si e Ge/Fotodetectores de silícioO primeiro é um detector tradicional de infravermelho próximo, que dominou o mercado por muito tempo, enquanto o segundo, baseado em tecnologia óptica de silício, está se tornando uma estrela em ascensão e um ponto focal na pesquisa internacional em optoeletrônica nos últimos anos. Além disso, novos detectores baseados em perovskitas, materiais orgânicos e bidimensionais estão se desenvolvendo rapidamente devido às vantagens de fácil processamento, boa flexibilidade e propriedades ajustáveis. Existem diferenças significativas entre esses novos detectores e os fotodetectores inorgânicos tradicionais em termos de propriedades dos materiais e processos de fabricação. Os detectores de perovskita possuem excelentes características de absorção de luz e capacidade de transporte de carga eficiente; os detectores de materiais orgânicos são amplamente utilizados devido ao seu baixo custo e flexibilidade eletrônica; e os detectores de materiais bidimensionais têm atraído muita atenção devido às suas propriedades físicas únicas e alta mobilidade de portadores. No entanto, em comparação com os detectores de InGaAs e Si/Ge, os novos detectores ainda precisam ser aprimorados em termos de estabilidade a longo prazo, maturidade de fabricação e integração.

O InGaAs é um dos materiais ideais para a fabricação de fotodetectores de alta velocidade e alta resposta. Primeiramente, o InGaAs é um semicondutor de banda proibida direta, e a largura da sua banda proibida pode ser regulada pela proporção entre In e Ga para permitir a detecção de sinais ópticos em diferentes comprimentos de onda. Dentre eles, o In0,53Ga0,47As apresenta excelente compatibilidade com a rede cristalina do substrato de InP e possui um alto coeficiente de absorção de luz na faixa de comunicação óptica, sendo o mais utilizado na fabricação de fotodetectores.fotodetectoresAlém disso, o desempenho em corrente escura e responsividade também é excelente. Em segundo lugar, os materiais InGaAs e InP possuem alta velocidade de deriva eletrônica, com velocidade de deriva eletrônica saturada em torno de 1×10⁷ cm/s. Ao mesmo tempo, ambos apresentam efeito de ultrapassagem da velocidade eletrônica sob campos elétricos específicos. Essa ultrapassagem pode ser dividida em 4×10⁷ cm/s e 6×10⁷ cm/s, o que contribui para a obtenção de uma largura de banda limitada pelo tempo de portadora maior. Atualmente, o fotodetector InGaAs é o mais utilizado em comunicação óptica, sendo o método de acoplamento por incidência superficial o mais empregado no mercado. Já foram desenvolvidos detectores de incidência superficial com taxas de 25 Gbaud/s e 56 Gbaud/s. Detectores de incidência superficial menores, com incidência traseira e ampla largura de banda, também foram desenvolvidos, sendo adequados principalmente para aplicações de alta velocidade e alta saturação. No entanto, a sonda de incidência superficial é limitada pelo seu modo de acoplamento e apresenta dificuldades de integração com outros dispositivos optoeletrônicos. Portanto, com o aprimoramento dos requisitos de integração optoeletrônica, os fotodetectores InGaAs acoplados a guias de onda, com excelente desempenho e adequados para integração, tornaram-se gradualmente o foco da pesquisa. Dentre eles, os módulos de fotossensores InGaAs comerciais de 70 GHz e 110 GHz utilizam quase que exclusivamente estruturas acopladas a guias de onda. De acordo com os diferentes materiais de substrato, os fotossensores InGaAs acoplados a guias de onda podem ser divididos em duas categorias: InP e Si. O material epitaxial sobre substrato de InP apresenta alta qualidade e é mais adequado para a preparação de dispositivos de alto desempenho. No entanto, diversas incompatibilidades entre materiais III-V, materiais InGaAs e substratos de Si crescidos ou colados sobre substratos de Si resultam em qualidade relativamente baixa do material ou da interface, e o desempenho do dispositivo ainda apresenta grande potencial de melhoria.