הצגת גלאי פוטואלקטרי InGaAs

לְהַצִיגגלאי פוטו InGaAs

InGaAs הוא אחד החומרים האידיאליים להשגת תגובה גבוהה ו...גלאי פוטו במהירות גבוההראשית, InGaAs הוא חומר מוליך למחצה בעל פער אנרגיה ישיר, וניתן לווסת את רוחב פער האנרגיה שלו על ידי היחס בין In ו-Ga, מה שמאפשר זיהוי של אותות אופטיים באורכי גל שונים. ביניהם, In₂₅₅Ga₂₅₅As מתאים באופן מושלם לסריג המצע של InP ובעל מקדם ספיגת אור גבוה מאוד בפס התקשורת האופטי. זהו החומר הנפוץ ביותר בהכנת...גלאי אורוגם בעל ביצועי הזרם החושך והתגובה הבולטים ביותר. שנית, גם לחומרים InGaAs וגם ל-InP יש מהירויות סחיפת אלקטרונים גבוהות יחסית, כאשר מהירויות סחיפת האלקטרונים הרוויות שלהם הן בקירוב 1×107 ס"מ/שנייה. בינתיים, תחת שדות חשמליים ספציפיים, חומרי InGaAs ו-InP מפגינים אפקטים של חריגה מהמהירות של אלקטרונים, כאשר מהירויות החריגה שלהם מגיעות ל-4×107 ס"מ/שנייה ו-6×107 ס"מ/שנייה בהתאמה. זה תורם להשגת רוחב פס חצייה גבוה יותר. כיום, גלאי פוטו InGaAs הם גלאי הפוטו המרכזיים ביותר לתקשורת אופטית. בשוק, שיטת צימוד תקרית פני השטח היא הנפוצה ביותר. מוצרי גלאי תקרית פני השטח עם 25 גאוד/שנייה ו-56 גאוד/שנייה כבר ניתנים לייצור המוני. פותחו גם גלאי תקרית פני השטח קטנים יותר, בעלי תקרית אחורית ורוחב פס גבוה, בעיקר עבור יישומים כגון מהירות גבוהה ורוויה גבוהה. עם זאת, בשל מגבלות שיטות הצימוד שלהם, קשה לשלב גלאי תקיפה עילית עם התקנים אופטואלקטרוניים אחרים. לכן, עם הביקוש הגובר לאינטגרציה אופטואלקטרונית, גלאי פוטואלקטרוניים InGaAs מצומדי מוליכי גלים בעלי ביצועים מצוינים המתאימים לאינטגרציה הפכו בהדרגה למוקד המחקר. ביניהם, מודולי גלאי פוטואלקטרוניים InGaAs מסחריים בתדרים של 70GHz ו-110GHz כמעט כולם מאמצים מבני צימוד מוליכי גלים. בהתאם להבדלים בחומרי המצע, ניתן לסווג גלאי פוטואלקטרוניים InGaAs מצומדי מוליכי גלים בעיקר לשני סוגים: מבוססי INP ומבוססי סיליקון. החומר האפיטקסיאלי על מצעי InP הוא בעל איכות גבוהה ומתאים יותר לייצור התקנים בעלי ביצועים גבוהים. עם זאת, עבור חומרים מקבוצה III-V הגדלים או מודבקים על מצעי סיליקון, עקב חוסר התאמות שונות בין חומרי InGaAs למצעי סיליקון, איכות החומר או הממשק ירודה יחסית, ועדיין יש מקום ניכר לשיפור בביצועי המכשירים.

יציבות גלאי הפוטואלקטרי בסביבות יישום שונות, במיוחד בתנאים קיצוניים, היא גם אחד הגורמים המרכזיים ביישומים מעשיים. בשנים האחרונות, סוגים חדשים של גלאים כגון פרובסקיט, חומרים אורגניים וחומרים דו-ממדיים, אשר משכו תשומת לב רבה, עדיין מתמודדים עם אתגרים רבים מבחינת יציבות לטווח ארוך בשל העובדה שהחומרים עצמם מושפעים בקלות מגורמים סביבתיים. בינתיים, תהליך האינטגרציה של חומרים חדשים עדיין אינו בשל, ועדיין נדרש מחקר נוסף לצורך ייצור בקנה מידה גדול ועקביות ביצועים.

למרות שהכנסת סלילים יכולה להגדיל ביעילות את רוחב הפס של התקנים כיום, היא אינה פופולרית במערכות תקשורת אופטיות דיגיטליות. לכן, כיצד להימנע מהשפעות שליליות כדי להפחית עוד יותר את פרמטרי ה-RC הטפיליים של המכשיר הוא אחד מכיווני המחקר של גלאי פוטו מהירים. שנית, ככל שרוחב הפס של גלאי פוטו מצומדים למוליכי גל ממשיך לגדול, האילוץ בין רוחב הפס לתגובתיות מתחיל לצוץ שוב. למרות שדווח על גלאי פוטו Ge/Si וגלאי פוטו InGaAs עם רוחב פס של 3dB העולה על 200GHz, התגובתיות שלהם אינה מספקת. כיצד להגדיל את רוחב הפס תוך שמירה על תגובתיות טובה הוא נושא מחקר חשוב, שעשוי לדרוש הכנסת חומרים חדשים התואמים לתהליך (ניידות גבוהה ומקדם ספיגה גבוה) או מבני התקן חדשים במהירות גבוהה כדי לפתור. בנוסף, ככל שרוחב הפס של המכשיר גדל, תרחישי היישום של גלאים בקישורים פוטוניים במיקרוגל יגדלו בהדרגה. בניגוד לגילוי הספק אופטי קטן ורגישות גבוהה בתקשורת אופטית, לתרחיש זה, על בסיס רוחב פס גבוה, יש דרישת הספק רוויה גבוהה לתגובת הספק גבוהה. עם זאת, התקנים בעלי רוחב פס גבוה בדרך כלל מאמצים מבנים קטנים, כך שלא קל לייצר גלאי פוטו במהירות גבוהה והספק רוויה גבוה, וייתכן שיידרשו חידושים נוספים בחילוץ נושאי גלאים ובפיזור חום של המכשירים. לבסוף, הפחתת זרם החושך של גלאים במהירות גבוהה נותרה בעיה שגלאי פוטו עם אי-התאמה בסריג צריכים לפתור. זרם החושך קשור בעיקר לאיכות הגביש ולמצב פני השטח של החומר. לכן, תהליכים מרכזיים כגון הטרו-אפיטקסיה באיכות גבוהה או קשרים תחת מערכות אי-התאמה בסריג דורשים מחקר והשקעה נוספים.