تقدم البحثكاشف ضوئي InGaAs
مع النمو الهائل في حجم نقل بيانات الاتصالات، حلت تقنية الربط البصري محل تقنية الربط الكهربائي التقليدية، وأصبحت التقنية السائدة للنقل عالي السرعة ومنخفض الخسارة لمسافات متوسطة وطويلة. وباعتبارها المكون الأساسي لطرف الاستقبال البصري،كاشف ضوئيتزداد متطلبات الأداء عالي السرعة بشكل متزايد. من بينها، يتميز كاشف الضوء المقترن بالموجة الضوئية بحجمه الصغير ونطاقه الترددي العالي وسهولة دمجه على الشريحة مع الأجهزة البصرية الإلكترونية الأخرى، وهو محور أبحاث الكشف الضوئي عالي السرعة. وهو أكثر كاشفات الضوء تمثيلاً في نطاق اتصالات الأشعة تحت الحمراء القريبة.
يعد InGaAs أحد المواد المثالية لتحقيق السرعة العالية وكاشفات ضوئية عالية الاستجابةأولاً، مادة InGaAs هي مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاق مباشرة، ويمكن تنظيم عرض فجوة نطاقها من خلال النسبة بين In وGa، مما يتيح اكتشاف الإشارات الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة. من بينها، يتوافق In0.53Ga0.47As تمامًا مع شبكة ركيزة InP وله معامل امتصاص ضوء مرتفع للغاية في نطاق الاتصال البصري. وهو الأكثر استخدامًا في تحضير الكاشف الضوئي، كما يتميز بأداء متميز للتيار المظلم والاستجابة. ثانيًا، تتميز كل من مواد InGaAs وInP بسرعات انجراف الإلكترونات عالية نسبيًا، حيث تبلغ سرعات انجراف الإلكترونات المشبعة لكل منهما حوالي 1×107 سم/ثانية. وفي الوقت نفسه، تُظهر مواد InGaAs وInP، تحت مجالات كهربائية محددة، تأثيرات تجاوز سرعة الإلكترونات، حيث تصل سرعات تجاوزها إلى 4×107 سم/ثانية و6×107 سم/ثانية على التوالي. وهذا يساعد على تحقيق عرض نطاق تقاطع أعلى. حاليًا، تُعدّ كواشف InGaAs الضوئية من أكثر الكواشف الضوئية شيوعًا في الاتصالات البصرية. كما طُوّرت كواشف أصغر حجمًا، ذات انعكاس خلفي، ونطاق ترددي عالٍ، تُستخدم بشكل رئيسي في تطبيقات مثل السرعة العالية والتشبع العالي.
ومع ذلك، نظرًا لقيود طرق الاقتران الخاصة بها، يصعب دمج كاشفات الحوادث السطحية مع الأجهزة البصرية الإلكترونية الأخرى. لذلك، ومع تزايد الطلب على التكامل البصري الإلكتروني، أصبحت كاشفات الضوء المقترنة بالموجة InGaAs ذات الأداء الممتاز والمناسبة للتكامل تدريجيًا محور البحث. من بينها، تعتمد جميع وحدات كاشف الضوء التجارية InGaAs بترددات 70 جيجاهرتز و110 جيجاهرتز تقريبًا على هياكل اقتران الموجة. وفقًا للاختلاف في مواد الركيزة، يمكن تصنيف كاشفات الضوء المقترنة بالموجة InGaAs بشكل أساسي إلى نوعين: قائم على INP وقائمة على Si. تتميز المادة الفوقية على ركائز InP بجودة عالية وهي أكثر ملاءمة لتصنيع الأجهزة عالية الأداء. ومع ذلك، بالنسبة لمواد المجموعة III-V المزروعة أو الملتصقة على ركائز Si، نظرًا لعدم التوافق المتنوع بين مواد InGaAs وركائز Si، فإن جودة المادة أو الواجهة رديئة نسبيًا، ولا يزال هناك مجال كبير لتحسين أداء الأجهزة.
يستخدم الجهاز مادة InGaAsP بدلاً من InP كمادة لمنطقة الاستنفاد. على الرغم من أنه يقلل من سرعة انجراف الإلكترونات إلى حد ما، إلا أنه يُحسّن اقتران الضوء الساقط من الدليل الموجي بمنطقة الامتصاص. في الوقت نفسه، تُزال طبقة التلامس من النوع N من InGaAsP، وتتشكل فجوة صغيرة على جانبي السطح من النوع P، مما يُعزز بشكل فعال من تقييد مجال الضوء. وهذا يُساعد الجهاز على تحقيق استجابة أعلى.
وقت النشر: ٢٨ يوليو ٢٠٢٥