TanıtmakInGaAs fotodedektör
InGaAs, yüksek tepki hızı elde etmek için ideal malzemelerden biridir veyüksek hızlı fotodedektörÖncelikle, InGaAs doğrudan bant aralıklı bir yarı iletken malzemedir ve bant aralığı genişliği In ve Ga arasındaki oranla düzenlenebilir, bu da farklı dalga boylarındaki optik sinyallerin algılanmasını sağlar. Bunlar arasında, In0.53Ga0.47As, InP alt tabaka kafesiyle mükemmel bir uyum gösterir ve optik iletişim bandında çok yüksek bir ışık soğurma katsayısına sahiptir. Bu nedenle, en yaygın olarak kullanılan malzemedir vefotodedektörAyrıca en üstün karanlık akım ve duyarlılık performansına sahiptir. İkinci olarak, hem InGaAs hem de InP malzemeleri nispeten yüksek elektron sürüklenme hızlarına sahiptir ve doygun elektron sürüklenme hızları her ikisi de yaklaşık 1×10⁷ cm/s'dir. Bu arada, belirli elektrik alanları altında, InGaAs ve InP malzemeleri elektron hızı aşımı etkileri sergiler ve aşım hızları sırasıyla 4×10⁷ cm/s ve 6×10⁷ cm/s'ye ulaşır. Bu, daha yüksek bir geçiş bant genişliği elde etmeye elverişlidir. Şu anda, InGaAs fotodedektörleri optik iletişim için en yaygın fotodedektörlerdir. Piyasada, yüzeyden gelen kuplaj yöntemi en yaygın olanıdır. 25 Gaud/s ve 56 Gaud/s'lik yüzeyden gelen dedektör ürünleri zaten seri üretilebilmektedir. Daha küçük boyutlu, arkadan gelen ve yüksek bant genişliğine sahip yüzeyden gelen dedektörler de, esas olarak yüksek hız ve yüksek doygunluk gibi uygulamalar için geliştirilmiştir. Ancak, birleştirme yöntemlerinin sınırlamaları nedeniyle, yüzeye gelen dedektörlerin diğer optoelektronik cihazlarla entegre edilmesi zordur. Bu nedenle, optoelektronik entegrasyona olan talebin artmasıyla birlikte, mükemmel performansa sahip ve entegrasyona uygun dalga kılavuzuyla birleştirilmiş InGaAs fotodedektörler giderek araştırma odağı haline gelmiştir. Bunlar arasında, 70 GHz ve 110 GHz'lik ticari InGaAs fotodedektör modüllerinin neredeyse tamamı dalga kılavuzu birleştirme yapılarını kullanmaktadır. Alt tabaka malzemelerindeki farklılığa göre, dalga kılavuzuyla birleştirilmiş InGaAs fotodedektörler esas olarak iki tipe ayrılabilir: INP tabanlı ve Si tabanlı. InP alt tabakalar üzerine epitaksiyel olarak büyütülen malzeme yüksek kalitededir ve yüksek performanslı cihazların üretimi için daha uygundur. Bununla birlikte, Si alt tabakalar üzerine büyütülen veya bağlanan III-V grubu malzemeler için, InGaAs malzemeleri ve Si alt tabakalar arasındaki çeşitli uyumsuzluklar nedeniyle, malzeme veya arayüz kalitesi nispeten düşüktür ve cihazların performansında hala önemli bir iyileştirme alanı vardır.
Fotodedektörlerin çeşitli uygulama ortamlarında, özellikle aşırı koşullar altında kararlılığı, pratik uygulamalarda kilit faktörlerden biridir. Son yıllarda, perovskit, organik ve iki boyutlu malzemeler gibi yeni tip dedektörler büyük ilgi görmüş olsa da, malzemelerin kendilerinin çevresel faktörlerden kolayca etkilenmesi nedeniyle uzun vadeli kararlılık açısından birçok zorlukla karşı karşıyadır. Bu arada, yeni malzemelerin entegrasyon süreci henüz olgunlaşmamıştır ve büyük ölçekli üretim ve performans tutarlılığı için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmaktadır.
İndüktörlerin kullanımı günümüzde cihazların bant genişliğini etkili bir şekilde artırabilse de, dijital optik iletişim sistemlerinde yaygın değildir. Bu nedenle, cihazın parazitik RC parametrelerini daha da azaltırken olumsuz etkilerden nasıl kaçınılacağı, yüksek hızlı fotodedektörlerin araştırma yönlerinden biridir. İkinci olarak, dalga kılavuzuyla birleştirilmiş fotodedektörlerin bant genişliği sürekli arttıkça, bant genişliği ve duyarlılık arasındaki kısıtlama yeniden ortaya çıkmaya başlıyor. 200 GHz'i aşan 3 dB bant genişliğine sahip Ge/Si fotodedektörler ve InGaAs fotodedektörler rapor edilmiş olsa da, duyarlılıkları tatmin edici değildir. İyi bir duyarlılığı korurken bant genişliğini nasıl artıracağımız, yeni işlem uyumlu malzemelerin (yüksek hareketlilik ve yüksek soğurma katsayısı) veya yeni yüksek hızlı cihaz yapılarının kullanılmasını gerektirebilecek önemli bir araştırma konusudur. Ayrıca, cihaz bant genişliği arttıkça, dedektörlerin mikrodalga fotonik bağlantılardaki uygulama senaryoları da giderek artacaktır. Optik iletişimdeki düşük optik güç inisiyatifi ve yüksek hassasiyetli algılamanın aksine, bu senaryo, yüksek bant genişliği temelinde, yüksek güç inisiyatifi için yüksek doygunluk gücü gereksinimine sahiptir. Bununla birlikte, yüksek bant genişliğine sahip cihazlar genellikle küçük boyutlu yapılar benimser, bu nedenle yüksek hızlı ve yüksek doygunluk gücüne sahip fotodedektörlerin üretimi kolay değildir ve cihazların taşıyıcı ekstraksiyonu ve ısı dağıtımında daha fazla yeniliğe ihtiyaç duyulabilir. Son olarak, yüksek hızlı dedektörlerin karanlık akımının azaltılması, kafes uyumsuzluğuna sahip fotodedektörlerin çözmesi gereken bir sorun olmaya devam etmektedir. Karanlık akım esas olarak malzemenin kristal kalitesi ve yüzey durumuyla ilgilidir. Bu nedenle, yüksek kaliteli heteroepitaksi veya kafes uyumsuzluğu sistemleri altında bağlama gibi temel süreçler daha fazla araştırma ve yatırım gerektirmektedir.
Yayın tarihi: 20 Ağustos 2025