ردیاب های نوری با سرعت بالا توسط ردیاب های نوری InGaAs معرفی شده اند

آشکارسازهای نوری با سرعت بالا توسط معرفی شده اندآشکارسازهای نوری InGaAs

ردیاب های نوری با سرعت بالادر زمینه ارتباطات نوری عمدتاً شامل ردیاب های نوری III-V InGaAs و IV کامل Si و Ge/ردیاب های نوری Si. اولی یک آشکارساز مادون قرمز نزدیک سنتی است که برای مدت طولانی غالب بوده است، در حالی که دومی برای تبدیل شدن به یک ستاره در حال ظهور به فناوری نوری سیلیکونی متکی است و یک نقطه داغ در زمینه تحقیقات بین‌المللی اپتوالکترونیک در سال‌های اخیر است. علاوه بر این، آشکارسازهای جدید مبتنی بر پروسکایت، مواد آلی و دو بعدی به دلیل مزایای پردازش آسان، انعطاف پذیری خوب و ویژگی های قابل تنظیم، به سرعت در حال توسعه هستند. تفاوت های قابل توجهی بین این آشکارسازهای جدید و آشکارسازهای نوری غیر آلی سنتی در خواص مواد و فرآیندهای ساخت وجود دارد. آشکارسازهای پروسکایت دارای ویژگی های جذب نور عالی و ظرفیت انتقال بار کارآمد هستند، آشکارسازهای مواد آلی به دلیل ارزان بودن و الکترون های انعطاف پذیر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند و آشکارسازهای مواد دو بعدی به دلیل خواص فیزیکی منحصر به فرد و تحرک حامل بالا توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. با این حال، در مقایسه با آشکارسازهای InGaAs و Si/Ge، آشکارسازهای جدید هنوز باید از نظر پایداری طولانی مدت، بلوغ تولید و یکپارچگی بهبود یابند.

InGaAs یکی از مواد ایده آل برای تحقق آشکارسازهای نوری با سرعت بالا و پاسخ بالا است. اول از همه، InGaAs یک ماده نیمه هادی باندگپ مستقیم است و عرض باند آن را می توان با نسبت بین In و Ga تنظیم کرد تا به تشخیص سیگنال های نوری با طول موج های مختلف دست یافت. در میان آنها، In0.53Ga0.47As کاملاً با شبکه زیرلایه InP مطابقت دارد و دارای ضریب جذب نور زیادی در باند ارتباطی نوری است که بیشترین استفاده را در تهیهآشکارسازهای نوریو جریان تاریک و عملکرد پاسخگویی نیز بهترین هستند. ثانیا، مواد InGaAs و InP هر دو دارای سرعت رانش الکترون بالایی هستند و سرعت رانش الکترون اشباع آنها حدود 107×1 سانتی متر بر ثانیه است. در عین حال، مواد InGaAs و InP تحت میدان الکتریکی خاص، اثر بیش از حد سرعت الکترون دارند. سرعت مازاد بر ثانیه را می توان به 4 × 107 سانتی متر بر ثانیه و 6 × 107 سانتی متر بر ثانیه تقسیم کرد که برای دستیابی به پهنای باند محدود زمانی حامل بزرگتر مفید است. در حال حاضر ردیاب نوری InGaAs رایج ترین ردیاب نوری برای ارتباطات نوری است و روش کوپلینگ بروز سطحی بیشتر در بازار مورد استفاده قرار می گیرد و محصولات آشکارساز بروز سطحی 25 گیگاباود بر ثانیه و 56 گیگاباد بر ثانیه محقق شده است. آشکارسازهای بروز سطحی با اندازه کوچکتر، بروز پس و پهنای باند بزرگ نیز توسعه یافته اند که عمدتاً برای کاربردهای با سرعت بالا و اشباع بالا مناسب هستند. با این حال، کاوشگر برخورد سطحی توسط حالت جفت آن محدود شده است و ادغام با سایر دستگاه های الکترونیکی نوری دشوار است. بنابراین، با بهبود الزامات ادغام نوری، آشکارسازهای نوری InGaAs کوپل شده با موجبر با عملکرد عالی و مناسب برای ادغام، به تدریج مورد توجه تحقیقات قرار گرفته اند، که در این میان ماژول های فتوپروب 70 گیگاهرتز و 110 گیگاهرتز InGaAs تقریباً همگی از ساختارهای جفت شده موجبر استفاده می کنند. با توجه به مواد زیرلایه مختلف، کاوشگر فوتوالکتریک InGaAs جفت کننده موجبر را می توان به دو دسته InP و Si تقسیم کرد. مواد اپیتاکسیال روی بستر InP کیفیت بالایی دارد و برای تهیه دستگاه های با کارایی بالا مناسب تر است. با این حال، ناهماهنگی‌های مختلف بین مواد III-V، مواد InGaAs و بسترهای Si رشد یافته یا چسبانده شده بر روی بسترهای Si منجر به کیفیت نسبتاً ضعیف مواد یا رابط می‌شود و عملکرد دستگاه هنوز فضای زیادی برای بهبود دارد.