تم إدخال أجهزة الكشف الضوئي عالية السرعة بواسطة أجهزة الكشف الضوئي المصنوعة من InGaAs.

تم تقديم أجهزة الكشف الضوئي عالية السرعة بواسطةكاشفات ضوئية من نوع InGaAs

كاشفات ضوئية عالية السرعةتشمل التقنيات المستخدمة في مجال الاتصالات الضوئية بشكل رئيسي كاشفات ضوئية من نوع III-V InGaAs وكاشفات ضوئية من نوع IV كاملة من السيليكون والجرمانيوم/كاشفات ضوئية من السيليكونالأول هو كاشف تقليدي للأشعة تحت الحمراء القريبة، وقد هيمن على السوق لفترة طويلة، بينما يعتمد الثاني على تقنية السيليكون البصرية ليصبح نجمًا صاعدًا، ومحورًا رئيسيًا في مجال أبحاث الإلكترونيات الضوئية العالمية في السنوات الأخيرة. إضافةً إلى ذلك، تشهد الكواشف الجديدة القائمة على البيروفسكايت والمواد العضوية وثنائية الأبعاد تطورًا سريعًا نظرًا لمزايا سهولة التصنيع والمرونة العالية وإمكانية ضبط الخصائص. ثمة اختلافات جوهرية بين هذه الكواشف الجديدة والكواشف الضوئية غير العضوية التقليدية من حيث خصائص المواد وعمليات التصنيع. تتميز كواشف البيروفسكايت بخصائص امتصاص ضوئي ممتازة وقدرة عالية على نقل الشحنات، بينما تُستخدم كواشف المواد العضوية على نطاق واسع لانخفاض تكلفتها ومرونة الإلكترونات فيها، وقد حظيت كواشف المواد ثنائية الأبعاد باهتمام كبير نظرًا لخصائصها الفيزيائية الفريدة وحركية حاملات الشحنة العالية. مع ذلك، بالمقارنة مع كواشف InGaAs وSi/Ge، لا تزال الكواشف الجديدة بحاجة إلى تحسينات من حيث الاستقرار طويل الأمد ونضج التصنيع والتكامل.

يُعدّ InGaAs من المواد المثالية لتحقيق كاشفات ضوئية عالية السرعة والاستجابة. فهو مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاق طاقة مباشرة، ويمكن التحكم في عرض فجوة نطاق طاقتها من خلال النسبة بين الإنديوم والغاليوم، ما يسمح بالكشف عن الإشارات الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة. ومن بين هذه المواد، يتطابق In0.53Ga0.47As تمامًا مع الشبكة البلورية لركيزة InP، ويتميز بمعامل امتصاص ضوئي عالٍ في نطاق الاتصالات الضوئية، وهو الأكثر استخدامًا في تحضير...أجهزة الكشف الضوئيكما أن تيار الظلام وأداء الاستجابة هما الأفضل. ثانيًا، تتميز مادتا InGaAs وInP بسرعة انجراف إلكترونية عالية، حيث تبلغ سرعة الانجراف الإلكترونية المشبعة حوالي 1×10⁷ سم/ث. في الوقت نفسه، تُظهر مادتا InGaAs وInP تأثير تجاوز سرعة الإلكترون تحت تأثير مجال كهربائي محدد. يمكن تقسيم سرعة التجاوز إلى 4×10⁷ سم/ث و6×10⁷ سم/ث، مما يُسهم في تحقيق نطاق ترددي أكبر محدود زمنيًا. حاليًا، يُعد كاشف InGaAs الضوئي الأكثر شيوعًا في الاتصالات الضوئية، وتُستخدم طريقة اقتران السقوط السطحي على نطاق واسع في السوق، وقد تم إنتاج كواشف سقوط سطحي بسرعة 25 جيجابود/ث و56 جيجابود/ث. كما تم تطوير كواشف سقوط سطحي أصغر حجمًا وذات سقوط خلفي ونطاق ترددي كبير، وهي مناسبة بشكل أساسي للتطبيقات عالية السرعة وعالية التشبع. مع ذلك، فإنّ مسبار الضوء الساقط على السطح محدودٌ بنمط اقترانه، ويصعب دمجه مع الأجهزة الكهروضوئية الأخرى. لذا، ومع تحسّن متطلبات التكامل الكهروضوئي، أصبحت كواشف الضوء InGaAs المقترنة بموجهات ضوئية، ذات الأداء الممتاز والمناسبة للتكامل، محورًا رئيسيًا للبحث، حيث تستخدم معظم وحدات مسبار الضوء InGaAs التجارية بتردد 70 جيجاهرتز و110 جيجاهرتز هياكل مقترنة بموجهات ضوئية. وبحسب مواد الركيزة المختلفة، يمكن تقسيم مسبار InGaAs الكهروضوئي المقترن بموجهات ضوئية إلى فئتين: InP وSi. تتميز المادة المترسبة على ركيزة InP بجودة عالية، وهي أكثر ملاءمة لتحضير أجهزة عالية الأداء. مع ذلك، فإنّ عدم التوافق بين مواد III-V ومواد InGaAs وركائز السيليكون المزروعة أو المُلصقة على ركائز السيليكون يؤدي إلى جودة رديئة نسبيًا للمادة أو الواجهة، ولا يزال أداء الجهاز بحاجة إلى تحسين كبير.