גלאי צילום במהירות גבוהה מוצגים על ידי גלאי צילום InGaAs

גלאי צילום במהירות גבוהה מוצגים על ידיגלאי צילום InGaAs

גלאי צילום במהירות גבוההבתחום התקשורת האופטית כוללים בעיקר גלאי צילום III-V InGaAs ו-IV full Si ו-Ge/Si photodetectors. הראשון הוא גלאי כמעט אינפרא אדום מסורתי, שדומיננטי זה זמן רב, בעוד שהאחרון מסתמך על טכנולוגיית סיליקון אופטית כדי להפוך לכוכב עולה, ומהווה נקודה חמה בתחום חקר האופטו-אלקטרוניקה הבינלאומי בשנים האחרונות. בנוסף, גלאים חדשים המבוססים על פרובסקיט, חומרים אורגניים ודו מימדיים מתפתחים במהירות בשל היתרונות של עיבוד קל, גמישות טובה ומאפיינים ניתנים לכוונון. ישנם הבדלים משמעותיים בין גלאים חדשים אלה לבין גלאי פוטו אנאורגניים מסורתיים בתכונות החומר ובתהליכי הייצור. לגלאי פרוסקיט יש מאפייני ספיגת אור מצוינים ויכולת הובלת מטען יעילה, גלאי חומרים אורגניים נמצאים בשימוש נרחב בשל העלות הנמוכה והאלקטרונים הגמישים שלהם, וגלאי חומרים דו-ממדיים משכו תשומת לב רבה בשל תכונותיהם הפיזיקליות הייחודיות וניידות הנשאים הגבוהה. עם זאת, בהשוואה לגלאי InGaAs ו-Si/Ge, הגלאים החדשים עדיין צריכים להשתפר מבחינת יציבות לטווח ארוך, בשלות ייצור ואינטגרציה.

InGaAs הוא אחד החומרים האידיאליים למימוש גלאי פוטו במהירות גבוהה ותגובה גבוהה. קודם כל, InGaAs הוא חומר מוליך למחצה ישיר עם פער פס, וניתן לווסת את רוחב פער הפס שלו על ידי היחס בין In ו-Ga כדי להשיג זיהוי של אותות אופטיים באורכי גל שונים. ביניהם, In0.53Ga0.47As מותאם בצורה מושלמת לסריג המצע של InP, ובעל מקדם קליטת אור גדול בפס התקשורת האופטית, שהוא הנפוץ ביותר בהכנתגלאי צילום, וביצועי הזרם האפל וההיענות הם גם הטובים ביותר. שנית, לחומרי InGaAs ו-InP יש לשניהם מהירות סחיפת אלקטרונים גבוהה, ומהירות סחיפת האלקטרונים הרוויה שלהם היא בערך 1×107 ס"מ לשנייה. במקביל, לחומרי InGaAs ו-InP יש אפקט חריגה של מהירות האלקטרונים תחת שדה חשמלי ספציפי. ניתן לחלק את מהירות החפירה ל-4×107 ס"מ לשנייה ו-6×107 ס"מ לשנייה, דבר המסייע למימוש רוחב פס מוגבל בזמן של הספק גדול יותר. נכון לעכשיו, גלאי צילום InGaAs הוא גלאי הצילום המרכזי ביותר לתקשורת אופטית, ושיטת צימוד שכיחות פני השטח משמשת בעיקר בשוק, ומוצרי גלאי שכיחות פני השטח של 25 Gbaud/s ו- 56 Gbaud/s מומשו. פותחו גם גלאי שכיחות פני השטח בגודל קטן יותר, שכיחות גב ורוחב פס גדול, המתאימים בעיקר ליישומי מהירות גבוהה ורוויה גבוהה. עם זאת, בדיקת תקריות פני השטח מוגבלת על ידי מצב הצימוד שלה וקשה לשלב אותה עם מכשירים אופטו-אלקטרוניים אחרים. לכן, עם השיפור של דרישות האינטגרציה האופטו-אלקטרוניים, גלאי צילום InGaAs מצמידים לגל עם ביצועים מצוינים ומתאימים לאינטגרציה הפכו בהדרגה למוקד המחקר, ביניהם המודולים המסחריים של 70 GHz ו-110 GHz InGaAs photoprobe משתמשים כמעט כולם במבנים מצמודים של מוליך גל. על פי חומרי המצע השונים, ניתן לחלק את הבדיקה הפוטואלקטרית של InGaAs מצמד מוליך הגל לשתי קטגוריות: InP ו-Si. החומר האפיטקסיאלי על מצע InP הוא באיכות גבוהה והוא מתאים יותר להכנה של מכשירים בעלי ביצועים גבוהים. עם זאת, אי התאמה שונות בין חומרי III-V, חומרי InGaAs ומצעי Si שגדלו או מודבקים על מצעי Si מובילים לאיכות חומר או ממשק ירודה יחסית, ולביצועי המכשיר עדיין יש מקום גדול לשיפור.