معرفی آشکارساز نوری InGaAs

معرفی کنیدآشکارساز نوری InGaAs

InGaAs یکی از مواد ایده‌آل برای دستیابی به پاسخ‌دهی بالا وآشکارساز نوری پرسرعتاولاً، InGaAs یک ماده نیمه‌هادی با شکاف باند مستقیم است و پهنای شکاف باند آن را می‌توان با نسبت بین In و Ga تنظیم کرد و امکان تشخیص سیگنال‌های نوری با طول موج‌های مختلف را فراهم کرد. در میان آنها، In0.53Ga0.47As کاملاً با شبکه زیرلایه InP مطابقت دارد و ضریب جذب نور بسیار بالایی در باند ارتباط نوری دارد. این ماده بیشترین کاربرد را در تهیه ... دارد.آشکارساز نوریو همچنین دارای برجسته‌ترین جریان تاریک و عملکرد پاسخگویی است. ثانیاً، هر دو ماده InGaAs و InP سرعت رانش الکترون نسبتاً بالایی دارند، به طوری که سرعت رانش الکترون اشباع آنها تقریباً 1×107cm/s است. در همین حال، تحت میدان‌های الکتریکی خاص، مواد InGaAs و InP اثرات جهش سرعت الکترون را نشان می‌دهند، به طوری که سرعت جهش آنها به ترتیب به 4×107cm/s و 6×107cm/s می‌رسد. این امر برای دستیابی به پهنای باند عبوری بالاتر مفید است. در حال حاضر، آشکارسازهای نوری InGaAs رایج‌ترین آشکارساز نوری برای ارتباطات نوری هستند. در بازار، روش اتصال اتصال سطحی رایج‌ترین است. محصولات آشکارساز اتصال سطحی با 25 گاد بر ثانیه و 56 گاد بر ثانیه در حال حاضر می‌توانند به صورت انبوه تولید شوند. آشکارسازهای اتصال سطحی با اندازه کوچک‌تر، اتصال معکوس و پهنای باند بالا نیز توسعه یافته‌اند، عمدتاً برای کاربردهایی مانند سرعت بالا و اشباع بالا. با این حال، به دلیل محدودیت‌های روش‌های کوپلینگ آنها، ادغام آشکارسازهای برخورد سطحی با سایر دستگاه‌های اپتوالکترونیکی دشوار است. بنابراین، با افزایش تقاضا برای ادغام اپتوالکترونیکی، آشکارسازهای نوری InGaAs جفت‌شده با موجبر با عملکرد عالی و مناسب برای ادغام، به تدریج در کانون توجه تحقیقات قرار گرفته‌اند. در میان آنها، ماژول‌های آشکارساز نوری InGaAs تجاری 70 گیگاهرتز و 110 گیگاهرتز تقریباً همگی ساختارهای کوپلینگ موجبر را اتخاذ می‌کنند. با توجه به تفاوت در مواد زیرلایه، آشکارسازهای نوری InGaAs جفت‌شده با موجبر را می‌توان عمدتاً به دو نوع طبقه‌بندی کرد: مبتنی بر INP و مبتنی بر Si. اپیتکسیال ماده روی زیرلایه‌های InP کیفیت بالایی دارد و برای ساخت دستگاه‌های با کارایی بالا مناسب‌تر است. با این حال، برای مواد گروه III-V که روی زیرلایه‌های Si رشد داده شده یا پیوند داده می‌شوند، به دلیل عدم تطابق‌های مختلف بین مواد InGaAs و زیرلایه‌های Si، کیفیت ماده یا سطح مشترک نسبتاً ضعیف است و هنوز جای زیادی برای بهبود عملکرد دستگاه‌ها وجود دارد.

پایداری آشکارساز نوری در محیط‌های کاربردی مختلف، به‌ویژه در شرایط سخت، یکی از عوامل کلیدی در کاربردهای عملی است. در سال‌های اخیر، انواع جدیدی از آشکارسازها مانند پروسکایت، مواد آلی و دوبعدی که توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند، هنوز با چالش‌های زیادی از نظر پایداری بلندمدت مواجه هستند، زیرا خود این مواد به راحتی تحت تأثیر عوامل محیطی قرار می‌گیرند. در همین حال، فرآیند ادغام مواد جدید هنوز به بلوغ نرسیده است و برای تولید در مقیاس بزرگ و ثبات عملکرد، هنوز به اکتشافات بیشتری نیاز است.

اگرچه معرفی سلف‌ها می‌تواند در حال حاضر به طور مؤثر پهنای باند دستگاه‌ها را افزایش دهد، اما در سیستم‌های ارتباط نوری دیجیتال رایج نیست. بنابراین، چگونگی جلوگیری از اثرات منفی برای کاهش بیشتر پارامترهای RC انگلی دستگاه، یکی از جهت‌های تحقیقاتی آشکارساز نوری پرسرعت است. ثانیاً، با افزایش پهنای باند آشکارسازهای نوری جفت‌شده با موجبر، محدودیت بین پهنای باند و پاسخگویی دوباره شروع به ظهور می‌کند. اگرچه آشکارسازهای نوری Ge/Si و آشکارساز نوری InGaAs با پهنای باند 3dB بیش از 200GHz گزارش شده‌اند، اما پاسخگویی آنها رضایت‌بخش نیست. چگونگی افزایش پهنای باند در عین حفظ پاسخگویی خوب، یک موضوع تحقیقاتی مهم است که ممکن است نیاز به معرفی مواد جدید سازگار با فرآیند (تحرک بالا و ضریب جذب بالا) یا ساختارهای جدید دستگاه پرسرعت برای حل آن داشته باشد. علاوه بر این، با افزایش پهنای باند دستگاه، سناریوهای کاربردی آشکارسازها در پیوندهای فوتونی مایکروویو به تدریج افزایش می‌یابد. برخلاف تابش نوری با توان کم و آشکارسازی با حساسیت بالا در ارتباطات نوری، این سناریو، بر اساس پهنای باند بالا، برای تابش با توان بالا به توان اشباع بالایی نیاز دارد. با این حال، دستگاه‌های با پهنای باند بالا معمولاً از ساختارهای کوچک استفاده می‌کنند، بنابراین ساخت آشکارسازهای نوری با سرعت بالا و توان اشباع بالا آسان نیست و ممکن است نوآوری‌های بیشتری در استخراج حامل و اتلاف گرما در دستگاه‌ها مورد نیاز باشد. در نهایت، کاهش جریان تاریک آشکارسازهای پرسرعت همچنان مشکلی است که آشکارسازهای نوری با عدم تطابق شبکه باید آن را حل کنند. جریان تاریک عمدتاً به کیفیت کریستال و حالت سطح ماده مربوط می‌شود. بنابراین، فرآیندهای کلیدی مانند هترواپیتاکسی با کیفیت بالا یا پیوند تحت سیستم‌های عدم تطابق شبکه نیاز به تحقیق و سرمایه‌گذاری بیشتری دارند.