I fotodetector ad alta velocità sono introdotti daFotorilevatori InGaAs
Fotodetector ad alta velocitànel campo della comunicazione ottica includono principalmente fotodetector InGaAs III-V e fotodetector Si e Ge/ IV completiFotorilevatori al silicioIl primo è un tradizionale rivelatore nel vicino infrarosso, che ha dominato per lungo tempo, mentre il secondo si affida alla tecnologia ottica al silicio per affermarsi come stella nascente e, negli ultimi anni, è un punto di riferimento nel campo della ricerca optoelettronica internazionale. Inoltre, nuovi rivelatori basati su perovskite, materiali organici e bidimensionali si stanno sviluppando rapidamente grazie ai vantaggi di una facile lavorazione, una buona flessibilità e proprietà regolabili. Esistono differenze significative tra questi nuovi rivelatori e i tradizionali fotorivelatori inorganici nelle proprietà dei materiali e nei processi di produzione. I rivelatori a perovskite presentano eccellenti caratteristiche di assorbimento della luce e un'efficiente capacità di trasporto di carica, i rivelatori in materiali organici sono ampiamente utilizzati per il loro basso costo e la flessibilità degli elettroni, e i rivelatori in materiali bidimensionali hanno attirato molta attenzione grazie alle loro proprietà fisiche uniche e all'elevata mobilità dei portatori. Tuttavia, rispetto ai rivelatori InGaAs e Si/Ge, i nuovi rivelatori devono ancora essere migliorati in termini di stabilità a lungo termine, maturità produttiva e integrazione.
L'InGaAs è uno dei materiali ideali per realizzare fotorivelatori ad alta velocità e alta risposta. Innanzitutto, l'InGaAs è un materiale semiconduttore a bandgap diretto, la cui ampiezza può essere regolata dal rapporto tra In e Ga per ottenere la rilevazione di segnali ottici a diverse lunghezze d'onda. Tra questi, l'In0,53Ga0,47As si adatta perfettamente al reticolo del substrato di InP e presenta un elevato coefficiente di assorbimento della luce nella banda di comunicazione ottica, la più utilizzata nella preparazione difotorilevatori, e anche le prestazioni di corrente oscura e reattività sono le migliori. In secondo luogo, i materiali InGaAs e InP hanno entrambi un'elevata velocità di deriva degli elettroni, e la loro velocità di deriva degli elettroni saturi è di circa 1×107 cm/s. Allo stesso tempo, i materiali InGaAs e InP presentano un effetto di overshoot della velocità degli elettroni sotto un campo elettrico specifico. La velocità di overshoot può essere suddivisa in 4×107 cm/s e 6×107 cm/s, il che favorisce la realizzazione di una maggiore larghezza di banda limitata dal tempo di portante. Attualmente, il fotodiodo InGaAs è il fotodiodo più diffuso per le comunicazioni ottiche, e il metodo di accoppiamento a incidenza superficiale è il più utilizzato sul mercato, e sono stati realizzati prodotti con rivelatori a incidenza superficiale da 25 Gbaud/s e 56 Gbaud/s. Sono stati sviluppati anche rivelatori a incidenza superficiale di dimensioni ridotte, a retroincidenza e a grande larghezza di banda, che sono principalmente adatti per applicazioni ad alta velocità e alta saturazione. Tuttavia, la sonda incidente in superficie è limitata dalla sua modalità di accoppiamento ed è difficile da integrare con altri dispositivi optoelettronici. Pertanto, con il miglioramento dei requisiti di integrazione optoelettronica, i fotorivelatori InGaAs accoppiati in guida d'onda con prestazioni eccellenti e adatti all'integrazione sono gradualmente diventati il fulcro della ricerca, tra cui i moduli fotosonde InGaAs commerciali da 70 GHz e 110 GHz che utilizzano quasi tutti strutture accoppiate in guida d'onda. A seconda dei diversi materiali del substrato, la sonda fotoelettrica InGaAs con accoppiamento in guida d'onda può essere suddivisa in due categorie: InP e Si. Il materiale epitassiale su substrato InP ha un'elevata qualità ed è più adatto alla preparazione di dispositivi ad alte prestazioni. Tuttavia, varie discrepanze tra materiali III-V, materiali InGaAs e substrati di Si cresciuti o legati su substrati di Si portano a una qualità relativamente scarsa del materiale o dell'interfaccia, e le prestazioni del dispositivo hanno ancora ampi margini di miglioramento.
Data di pubblicazione: 31-12-2024