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

تم تقديم أجهزة الكشف الضوئية عالية السرعة بواسطةكاشفات ضوئية InGaAs

أجهزة كشف ضوئية عالية السرعةفي مجال الاتصالات البصرية تشمل بشكل رئيسي أجهزة الكشف الضوئية III-V InGaAs وIV الكاملة Si وGe/أجهزة الكشف الضوئية سي. الأول عبارة عن كاشف تقليدي للأشعة تحت الحمراء القريبة، والذي كان مهيمنًا لفترة طويلة، بينما يعتمد الأخير على تكنولوجيا السيليكون الضوئية ليصبح نجمًا صاعدًا، ويشكل نقطة ساخنة في مجال أبحاث الإلكترونيات الضوئية الدولية في السنوات الأخيرة. بالإضافة إلى ذلك، تتطور أجهزة الكشف الجديدة المعتمدة على البيروفسكايت والمواد العضوية وثنائية الأبعاد بسرعة بسبب مزايا المعالجة السهلة والمرونة الجيدة والخصائص القابلة للضبط. هناك اختلافات كبيرة بين هذه الكاشفات الجديدة والكاشفات الضوئية غير العضوية التقليدية في خصائص المواد وعمليات التصنيع. تتميز كاشفات البيروفسكايت بخصائص ممتازة لامتصاص الضوء وقدرة فعالة على نقل الشحنة، وتستخدم كاشفات المواد العضوية على نطاق واسع لإلكتروناتها المنخفضة التكلفة والمرنة، وقد اجتذبت كاشفات المواد ثنائية الأبعاد الكثير من الاهتمام بسبب خصائصها الفيزيائية الفريدة وحركتها الحاملة العالية. ومع ذلك، بالمقارنة مع كاشفات InGaAs وSi/Ge، لا تزال الكاشفات الجديدة بحاجة إلى التحسين من حيث الاستقرار على المدى الطويل، ونضج التصنيع والتكامل.

تعد InGaAs واحدة من المواد المثالية لإنتاج أجهزة كشف ضوئية ذات سرعة عالية واستجابة عالية. بادئ ذي بدء، InGaAs عبارة عن مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاق مباشرة، ويمكن تنظيم عرض فجوة النطاق الخاص بها عن طريق النسبة بين In وGa لتحقيق اكتشاف الإشارات الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة. من بينها، In0.53Ga0.47As يتطابق تمامًا مع شبكة الركيزة InP، وله معامل امتصاص كبير للضوء في نطاق الاتصال البصري، وهو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في تحضيرأجهزة الكشف الضوئي، كما أن أداء التيار المظلم والاستجابة هما الأفضل أيضًا. ثانيًا، تتمتع كل من مواد InGaAs وInP بسرعة انجراف إلكترون عالية، وتبلغ سرعة انجراف الإلكترون المشبعة الخاصة بها حوالي 1×107 سم/ث. 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 يفضي إلى تحقيق عرض نطاق ترددي أكبر لفترة زمنية محدودة. في الوقت الحاضر، يعد كاشف InGaAs الضوئي هو الكاشف الضوئي الأكثر شيوعًا للاتصالات البصرية، ويتم استخدام طريقة اقتران الإصابة السطحية في الغالب في السوق، وقد تم تحقيق منتجات كاشف الإصابة السطحية 25 Gbaud/s و56 Gbaud/s. كما تم أيضًا تطوير أجهزة كشف عن حدوث سطح أصغر حجمًا وحدوث خلفي ونطاق ترددي كبير، وهي مناسبة بشكل أساسي لتطبيقات السرعة العالية والتشبع العالي. ومع ذلك، فإن مسبار الحادث السطحي مقيد بوضع الاقتران الخاص به ويصعب دمجه مع الأجهزة الإلكترونية الضوئية الأخرى. لذلك ، مع تحسين متطلبات التكامل الإلكتروني البصري ، أصبحت أجهزة الكشف الضوئي InGaAs ذات الدليل الموجي ذات الأداء الممتاز والمناسبة للتكامل محورًا للبحث تدريجيًا ، ومن بينها وحدات المسبار الضوئي InGaAs التجارية بتردد 70 جيجا هرتز و 110 جيجا هرتز تستخدم جميعها تقريبًا هياكل مقترنة بالدليل الموجي. وفقا لمواد الركيزة المختلفة، يمكن تقسيم المسبار الكهروضوئي اقتران InGaAs إلى فئتين: InP وSi. تتميز المادة الفوقي الموجودة على ركيزة InP بجودة عالية وهي أكثر ملاءمة لإعداد الأجهزة عالية الأداء. ومع ذلك، تؤدي حالات عدم التطابق المختلفة بين مواد III-V ومواد InGaAs وركائز Si المزروعة أو المرتبطة على ركائز Si إلى ضعف جودة المواد أو الواجهة نسبيًا، ولا يزال أداء الجهاز لديه مجال كبير للتحسين.