تم تقديم أجهزة الكشف الضوئية عالية السرعة بواسطة أجهزة الكشف الضوئية InGaAs

يتم تقديم أجهزة الكشف الضوئية عالية السرعة بواسطةكاشفات ضوئية InGaAs

أجهزة الكشف الضوئية عالية السرعةفي مجال الاتصالات البصرية، تشمل بشكل أساسي أجهزة الكشف الضوئية III-V InGaAs وIV Full Si وGe/كاشفات ضوئية للسيليكونالأول كاشف تقليدي للأشعة تحت الحمراء القريبة، وقد سيطر لفترة طويلة، بينما يعتمد الثاني على تقنية السيليكون البصرية ليصبح نجمًا صاعدًا، ويُعد نقطة جذب في مجال أبحاث الإلكترونيات الضوئية الدولية في السنوات الأخيرة. إضافةً إلى ذلك، تشهد الكواشف الجديدة القائمة على البيروفسكايت والمواد العضوية وثنائية الأبعاد تطورًا سريعًا بفضل مزايا سهولة المعالجة والمرونة الجيدة والخصائص القابلة للضبط. هناك اختلافات جوهرية بين هذه الكواشف الجديدة والكاشفات الضوئية غير العضوية التقليدية في خصائص المواد وعمليات التصنيع. تتميز كواشف البيروفسكايت بخصائص امتصاص ضوئي ممتازة وقدرة فعالة على نقل الشحنات، وتُستخدم كواشف المواد العضوية على نطاق واسع لانخفاض تكلفتها ومرونتها في الإلكترونات، بينما جذبت كواشف المواد ثنائية الأبعاد اهتمامًا كبيرًا نظرًا لخصائصها الفيزيائية الفريدة وحركية ناقلاتها العالية. ومع ذلك، بالمقارنة مع كواشف InGaAs وSi/Ge، لا تزال الكواشف الجديدة بحاجة إلى تحسين من حيث الاستقرار طويل الأمد ونضج التصنيع والتكامل.

يُعد InGaAs من المواد المثالية لإنشاء كواشف ضوئية عالية السرعة والاستجابة. أولًا، يُعد InGaAs مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاقية مباشرة، ويمكن تنظيم عرض فجوة نطاقه بنسبة In إلى Ga للكشف عن الإشارات الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة. من بينها، يتوافق In0.53Ga0.47As تمامًا مع شبكة ركيزة InP، وله معامل امتصاص ضوئي كبير في نطاق الاتصال الضوئي، وهو الأكثر استخدامًا في تحضير...أجهزة الكشف الضوئي، كما أن أداء التيار المظلم والاستجابة هما الأفضل أيضًا. ثانيًا، تتمتع كل من مواد InGaAs وInP بسرعة عالية لانجراف الإلكترون، وتبلغ سرعة انجراف الإلكترون المشبعة حوالي 1 × 107 سم/ثانية. في الوقت نفسه، تتمتع مواد InGaAs وInP بتأثير تجاوز سرعة الإلكترون تحت مجال كهربائي محدد. يمكن تقسيم سرعة التجاوز إلى 4 × 107 سم/ثانية و6 × 107 سم/ثانية، مما يساعد على تحقيق عرض نطاق ترددي محدود زمنيًا أكبر للناقل. في الوقت الحالي، يعد كاشف الضوء InGaAs هو أكثر كاشف ضوئي شيوعًا للاتصالات البصرية، وتُستخدم طريقة اقتران السقوط السطحي في الغالب في السوق، وقد تم تحقيق منتجات كاشف السقوط السطحي 25 جيجابود/ثانية و56 جيجابود/ثانية. كما تم تطوير كاشفات سقوط سطحية أصغر حجمًا وسقوطًا خلفيًا وعرض نطاق ترددي كبير، وهي مناسبة بشكل أساسي للتطبيقات عالية السرعة وعالية التشبع. ومع ذلك، فإن مسبار السطح الساقط محدود بوضع اقترانه ويصعب دمجه مع الأجهزة البصرية الإلكترونية الأخرى. لذلك، مع تحسين متطلبات التكامل البصرية الإلكترونية، أصبحت أجهزة الكشف الضوئية المقترنة بالموجة InGaAs ذات الأداء الممتاز والمناسبة للتكامل تدريجيًا محور البحث، من بينها وحدات المسبار الضوئي التجارية InGaAs بتردد 70 جيجاهرتز و110 جيجاهرتز والتي تستخدم جميعها تقريبًا هياكل مقترنة بالموجة. وفقًا لمواد الركيزة المختلفة، يمكن تقسيم المسبار الضوئي الكهربائي InGaAs المقترن بالموجة إلى فئتين: InP وSi. تتميز المادة الظهارية على ركيزة InP بجودة عالية وهي أكثر ملاءمة لإعداد الأجهزة عالية الأداء. ومع ذلك، فإن عدم التوافق المتنوع بين مواد III-V ومواد InGaAs وركائز Si المزروعة أو الملتصقة على ركائز Si يؤدي إلى جودة رديئة نسبيًا للمادة أو الواجهة، ولا يزال أداء الجهاز لديه مجال كبير للتحسين.