גלאי פוטו במהירות גבוהה מוצגים על ידי גלאי פוטו InGaAs

גלאי פוטו במהירות גבוהה מוצגים על ידיגלאי פוטו InGaAs

גלאי פוטו במהירות גבוההבתחום התקשורת האופטית כוללים בעיקר גלאי פוטואלקטריים מסוג III-V InGaAs וגלאי IV מלאים Si ו-Ge/גלאי פוטו סיליקוןהראשון הוא גלאי אינפרא אדום קרוב מסורתי, אשר דומיננטי במשך זמן רב, בעוד שהשני מסתמך על טכנולוגיית סיליקון אופטית כדי להפוך לכוכב עולה, והוא נקודה חמה בתחום המחקר האופטואלקטרוני הבינלאומי בשנים האחרונות. בנוסף, גלאים חדשים המבוססים על פרובסקיט, חומרים אורגניים וחומרים דו-ממדיים מתפתחים במהירות בשל יתרונות העיבוד הקל, הגמישות הטובה והתכונות הניתנות לכוונון. ישנם הבדלים משמעותיים בין גלאים חדשים אלה לבין גלאי פוטו אנאורגניים מסורתיים בתכונות החומר ובתהליכי הייצור. לגלאי פרובסקיט מאפייני ספיגת אור מצוינים ויכולת הובלת מטען יעילה, גלאי חומרים אורגניים נמצאים בשימוש נרחב בשל עלותם הנמוכה והגמישות של האלקטרונים, וגלאי חומרים דו-ממדיים משכו תשומת לב רבה בשל תכונותיהם הפיזיקליות הייחודיות וניידותם הגבוהה של נושאי מטען. עם זאת, בהשוואה לגלאי InGaAs ו-Si/Ge, הגלאים החדשים עדיין זקוקים לשיפור מבחינת יציבות לטווח ארוך, בגרות ייצור ואינטגרציה.

InGaAs הוא אחד החומרים האידיאליים למימוש גלאי פוטואלקטריים בעלי מהירות גבוהה ותגובה גבוהה. ראשית, InGaAs הוא חומר מוליך למחצה בעל פער פס ישיר, 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 תואם בצורה מושלמת לסריג המצע של InP, ובעל מקדם ספיגת אור גדול בפס התקשורת האופטי, שהוא הנפוץ ביותר בהכנת...גלאי צילום, וגם ביצועי הזרם האפל והתגובה הם הטובים ביותר. שנית, לחומרים InGaAs ו-InP יש מהירות סחיפה גבוהה של אלקטרונים, ומהירות סחיפה רוויה של אלקטרונים היא כ-1×107 ס"מ/שנייה. במקביל, לחומרים InGaAs ו-InP יש אפקט חריגה של מהירות אלקטרונים תחת שדה חשמלי ספציפי. ניתן לחלק את מהירות החריגה ל-4×107 ס"מ/שנייה ו-6×107 ס"מ/שנייה, מה שתורם למימוש רוחב פס מוגבל בזמן של נושא גלאים גדול יותר. כיום, גלאי הפוטואלקטרוניקה InGaAs הוא גלאי הפוטואלקטרוניקה הנפוץ ביותר לתקשורת אופטית, ושיטת צימוד פגיעה פני השטח נמצאת בשימוש נרחב בשוק, ומוצרי גלאי פגיעה פני השטח של 25 ג'יגה-באוד/שנייה ו-56 ג'יגה-באוד/שנייה מומשו. פותחו גם גלאי פגיעה פני השטח בגודל קטן יותר, בעלי פגיעה אחורית ורוחב פס גדול, המתאימים בעיקר ליישומים במהירות גבוהה ורוויה גבוהה. עם זאת, גלאי הפגיעה פני השטח מוגבל על ידי מצב הצימוד שלו וקשה לשלב אותו עם התקנים אופטואלקטרוניים אחרים. לכן, עם השיפור בדרישות האינטגרציה האופטואלקטרונית, גלאי פוטואלקטריים InGaAs מצומדי מוליכי גלים בעלי ביצועים מצוינים ומתאימים לאינטגרציה הפכו בהדרגה למוקד המחקר, ביניהם מודולי הפוטואלקטריים InGaAs המסחריים של 70 גיגה-הרץ ו-110 גיגה-הרץ משתמשים כמעט כולם במבנים מצומדי מוליכי גלים. בהתאם לחומרי המצע השונים, ניתן לחלק את הגשוש הפוטואלקטרי InGaAs המצומד לשתי קטגוריות: InP ו-Si. החומר האפיטקסיאלי על מצע InP הוא בעל איכות גבוהה והוא מתאים יותר להכנת התקנים בעלי ביצועים גבוהים. עם זאת, פערים שונים בין חומרים III-V, חומרי InGaAs ומצעי Si הגדלים או מודבקים על מצעי Si מובילים לאיכות חומר או ממשק ירודה יחסית, ועדיין יש מקום רב לשיפור בביצועי המכשיר.