IntroduzirFotodetector InGaAs
InGaAs é um dos materiais ideais para obter alta resposta efotodetector de alta velocidadeEm primeiro lugar, o InGaAs é um material semicondutor com banda proibida direta, e sua largura de banda pode ser regulada pela razão entre In e Ga, permitindo a detecção de sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda. Entre eles, o In0,53Ga0,47As combina perfeitamente com a estrutura do substrato InP e possui um coeficiente de absorção de luz muito alto na banda de comunicação óptica. É o mais amplamente utilizado na preparação defotodetectore também tem o desempenho de corrente escura e responsividade mais notável. Em segundo lugar, tanto os materiais InGaAs quanto os InP têm velocidades de deriva de elétrons relativamente altas, com suas velocidades de deriva de elétrons saturados sendo aproximadamente 1 × 107 cm/s. Enquanto isso, sob campos elétricos específicos, os materiais InGaAs e InP exibem efeitos de ultrapassagem da velocidade dos elétrons, com suas velocidades de ultrapassagem atingindo 4 × 107 cm/s e 6 × 107 cm/s, respectivamente. Isso é propício para atingir uma largura de banda de cruzamento maior. Atualmente, os fotodetectores InGaAs são os fotodetectores mais comuns para comunicação óptica. No mercado, o método de acoplamento incidente de superfície é o mais comum. Produtos detectores incidentes de superfície com 25 Gaud/s e 56 Gaud/s já podem ser produzidos em massa. Detectores incidentes de superfície de tamanho menor, incidentes de retorno e alta largura de banda também foram desenvolvidos, principalmente para aplicações como alta velocidade e alta saturação. No entanto, devido às limitações de seus métodos de acoplamento, detectores de incidentes de superfície são difíceis de integrar com outros dispositivos optoeletrônicos. Portanto, com a crescente demanda por integração optoeletrônica, fotodetectores de InGaAs acoplados a guia de onda com excelente desempenho e adequados para integração têm gradualmente se tornado o foco da pesquisa. Entre eles, os módulos fotodetectores comerciais de InGaAs de 70 GHz e 110 GHz quase todos adotam estruturas de acoplamento de guia de onda. De acordo com a diferença nos materiais do substrato, os fotodetectores de InGaAs acoplados a guia de onda podem ser classificados principalmente em dois tipos: baseados em INP e baseados em Si. O material epitaxial em substratos de InP tem alta qualidade e é mais adequado para a fabricação de dispositivos de alto desempenho. No entanto, para materiais do grupo III-V cultivados ou ligados em substratos de Si, devido a várias incompatibilidades entre os materiais de InGaAs e os substratos de Si, a qualidade do material ou da interface é relativamente baixa, e ainda há espaço considerável para melhorias no desempenho dos dispositivos.
A estabilidade do fotodetector em diversos ambientes de aplicação, especialmente sob condições extremas, também é um dos fatores-chave em aplicações práticas. Nos últimos anos, novos tipos de detectores, como perovskita, materiais orgânicos e bidimensionais, que têm atraído muita atenção, ainda enfrentam muitos desafios em termos de estabilidade a longo prazo, devido ao fato de os próprios materiais serem facilmente afetados por fatores ambientais. Enquanto isso, o processo de integração de novos materiais ainda não está maduro, e mais pesquisas ainda são necessárias para a produção em larga escala e a consistência do desempenho.
Embora a introdução de indutores possa efetivamente aumentar a largura de banda dos dispositivos atualmente, ela não é popular em sistemas de comunicação óptica digital. Portanto, como evitar impactos negativos para reduzir ainda mais os parâmetros RC parasitas do dispositivo é uma das direções de pesquisa de fotodetectores de alta velocidade. Em segundo lugar, à medida que a largura de banda dos fotodetectores acoplados a guias de onda continua aumentando, a restrição entre largura de banda e responsividade começa a emergir novamente. Embora fotodetectores de Ge/Si e fotodetectores de InGaAs com largura de banda de 3 dB superior a 200 GHz tenham sido relatados, suas responsividades não são satisfatórias. Como aumentar a largura de banda mantendo uma boa responsividade é um tópico de pesquisa importante, que pode exigir a introdução de novos materiais compatíveis com o processo (alta mobilidade e alto coeficiente de absorção) ou novas estruturas de dispositivos de alta velocidade para serem resolvidos. Além disso, à medida que a largura de banda do dispositivo aumenta, os cenários de aplicação de detectores em enlaces fotônicos de micro-ondas aumentarão gradualmente. Ao contrário da baixa incidência de potência óptica e da detecção de alta sensibilidade em comunicação óptica, este cenário, com base na alta largura de banda, tem uma alta demanda de potência de saturação para alta incidência de potência. No entanto, dispositivos de alta largura de banda geralmente adotam estruturas de pequeno porte, dificultando a fabricação de fotodetectores de alta velocidade e alta potência de saturação, e podem ser necessárias inovações adicionais na extração de portadora e na dissipação de calor dos dispositivos. Por fim, a redução da corrente escura em detectores de alta velocidade continua sendo um problema que os fotodetectores com incompatibilidade de rede precisam resolver. A corrente escura está relacionada principalmente à qualidade do cristal e ao estado da superfície do material. Portanto, processos-chave como heteroepitaxia de alta qualidade ou ligação sob sistemas com incompatibilidade de rede exigem mais pesquisa e investimento.
Data de publicação: 20/08/2025