מימון של Photodiode ביצועים ב-High-Speed Optical Acceptrs

מערכות תקשורת אופטיות מהירות גבוהה מסתמכות על photodiodes כדי להמיר אותות אור זרמים חשמליים.חומר המשמש photodiode קובע מדדי ביצועים מרכזיים: responsivity (A / W), רוחב פס (GHz), זרם כהה (noise), וטווח גל הפעלה.עבור מקלטים הפועלים ב 25 GHz ומעלה, המוליכים למחצה חייבים להציג ניידות גבוהה וקליטה חזקה ב- HIV-Accalctionsationericial Analysis (Accericials) חומרים אלה, אופטימיזציה לתמונות, חומרים אופטיים מודרניים, חומרים , אופטיים, חומרים , חומרים , , , , אופטיים, אופטימיזציה, , , , .

חומרי צילום

צילום: Silicon Photodiodes

סיליקון (Si) photodiodes לשלוט יישומים בטווח הנראה עד קרוב ל- (400-1100 nm) השימוש הנרחב שלהם נובע מתהליכי ייצור CMOS מבוגרים, עלות נמוכה, ו זרם כהה מאוד (בדרך כלל picoamps) עם זאת, סיבים אופטיים של סיליקון עבור רוחב פס אופטי (1.12 e) תוצאות בקליטה חלשה מעבר ל-900 ננומטר, ונושאת (בדרך כלל) עבור מגנטיים קצרים של 102 ק"מ"מ"מ) עבור מגנטיים (NV) עבור מגנטיים אופטיים (N2n2n2nbn2nbnbn) עבור מגנטיים) עבור מגנטיים מגנטיים מגנטיים) עבור מגנטיים מתקדמים) עבור מגנטיים (N2n2n2n2n2n2n2nbnbnb) עבור מגנטיים) 000) עבור מגנטיים (N2n2n2n2n2n2nbn2n2n2n2nbnbn2n2nbn2n2nbnbn2n2n2n2nb) עבור סיליקון) 000) 000) 000) 000) 000) 000) 000)

צילום: Germanium Photodiodes

Germanium (Ge) מציעה להקה עקיף צר יותר (0.67 eV) המרחיב את ספיגה ל-1,600 nm, מכסה את כל O- ו- C-bands המשמש ב Telecom. Ge photodiodes יכול להיות משולב באופן מונוליטי על סיליקון באמצעות צמיחה אפיקסילית, המאפשרת מקלטי סיליקון-Vp) נמוך יותר מ- 3.2 ק"מ / .

Indium Gallium Arsenide (InGaAs) Photodiodes

InGaAs, בדרך כלל lattice-matched to InP עם הרכב של In0.53Ga0.47As, הוא סוס העבודה עבור מקלטים אופטיים מהירים במהירות גבוהה.It יש להקה ישירה (0.75 eV) מניבה משככי ספיגה גבוהה ספיגה יעילה (105-105 ס"מ) מעבר 900-1700 nm. Responsivity עולה 0.9 A /ha ב 15nm, ו- 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

גליום ארנסןד (GaAs) ו-V Compounds

GaAs photodiodes (פסגהp 1.42 eV) פועל מ 600-900 nm והם אופטימיזציה עבור 850 nm multimode סיבים (VCSEL מבוסס) במרכזי נתונים.הם מציעים רוחב פס גבוה (25 עד 50 GHz) ורעש נמוך, אבל לא יכול לזהות 1310/1550 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

השוואות בין Key Metrics

  • (ב) ב-1550 ננומממב"ד: 1 InGaAs (0.9 A/W) > Ge (0.5 A/W) > Si (negligible)
  • (ב) [המבנה]: [0] ,364 770] [ב] [15]
  • דארק הנוכחי דנסנטיה: Si (10 pA / ס"מ2) < InGaAs (100 nA /cm2) < Ge (1 μA / ס"מ2)
  • < חזק>Cost to Die: Si Ge < InGaAs
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ עם CMOS: CMOS:031 , Si (native) > Ge (epitaxial) > InGaAs (ההההעברה)

אלה חילופי מסחר להסביר מדוע סיליקון שולט בחיישנים מהירים, גרמניה ממלאת את הפער עבור פוטוניקה סיליקון, ו-InGaAs נשאר הבחירה לביצועים הגבוהים ביותר.לא כל חומר אחד מספק את כל הדרישות של מקלט אופטי במהירות גבוהה; ארכיטקטים במערכת חייבים לאשר מראש עלות, כוח או רוחב פס.

סחר חליפין ב-Mattle Selection

דרישות מהירות-Specific

Long-haul Telecom (C- ו-L-bands) דורש ספיגה מעבר ל 1500 nm, חיסול סיליקון.עבור תקשורת אופטית (FSO) ב-1550 nm, InGaAs הוא הכרחי כדי להשיג רמות אנרגיה בטוחות העין עם רגישות גבוהה. קישורים Datacom באמצעות 850 nm VCSELs ליהנות מגאס או אפילו Si (עבור ⁇ Gbps).

שילוב וחבילה

שילוב היברידי - שבו InGaAs photodiodes מחובר מעגלים פוטוניים סיליקון - עלות אבל משמר ביצועים. Monolithic Germanium-on-silicon הוא אטרקטיבי לייצור נפח אבל סובל מנוכח כהה נוסף בשל מינוף לקוי. החוקרים ממשיכים לפתח שכבות buffer ומבני קוונטית כדי להפחית פגמים.

חומרים וטכנולוגיות מתפתחות

גרפיפן Photodetectors

ניידות של Graphene גבוהה מוביל (200,000 ס"מ / V) ו ספיגיגה פס רחב (UV עד רחוק-IR) מבטיח רוחב פס מעל 500 GHz.עם זאת, ספיגה הנמוכה של גרפן (2.3% לשכבה) מגבילה את האחריות לעשרות של ג'רמ"א / W אלא אם כן בשילוב עם שיפורים plasmonic או גלוריטים.

Metal Dichalcogenides (TMDs)

MoS2, WS2, ו- TMD אחרים מציעים להקות ישירות ב גלויה קרוב-IR עם אינטראקציה חזקה-חומר אור. Monolayer TMD photodiodes להציג responsivity עד 1 A / W ו זרם כהה נמוך, אבל רוחב הפס מוגבל על ידי איטי מוביל מחדש (מיקרו-שניות) heteros מבנים (למשל, גרפן-D) במטרה לשלב במהירות גבוהה מאחורי קצבה, אבל בכיוון הנוכחי, אבל מול מכשירים מתקדמים.

Avalanche Photodiodes (APDs)

APDs להשתמש בהון כדי להשיג רווח פנימי, הגדלת הרגישות עבור מקלטים. בחירה חומרית עבור APDs הוא קריטי: סיליקון APDs (החלק) יש רעש עודף נמוך (k factor -0.02), בעוד InGaAs APDs (infram) לסבול מרעש גבוה יותר כספית (k-0.3 Germanium APDs משמשים לעתים רחוקות בשל רעש מוגזם.

מסקנה

בחירת חומר photodiode מעצימה ביסודו את המהירות, הרגישות, ועלות של מקלט אופטי במהירות גבוהה.סיליקון נשאר הפתרון היעיל ביותר עבור יישומים גלויים וקרובים עם רוחב פס מתון (ראה:0:0;Thorlabs Photodiode TutorialFLT:1 או להתייעץ עם ביקורות אחרונות בFLT:2IE Journal of Lightwave TechnologyFLT: 3.