InGaAs เป็นหนึ่งในวัสดุที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบรรลุการตอบสนองสูงและเครื่องตรวจจับภาพความเร็วสูงประการแรก InGaAs เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบแบนด์แก๊ปโดยตรง และความกว้างของแบนด์แก๊ปสามารถควบคุมได้โดยอัตราส่วนระหว่าง In และ Ga ทำให้สามารถตรวจจับสัญญาณแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ InGaAs เข้ากันได้ดีกับโครงตาข่ายของวัสดุรองรับ InP และมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงสูงมากในย่านการสื่อสารด้วยแสง เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการเตรียมเครื่องตรวจจับภาพและยังมีประสิทธิภาพด้านกระแสมืดและการตอบสนองที่โดดเด่นที่สุด ประการที่สอง ทั้งวัสดุ InGaAs และ InP มีความเร็วดริฟท์อิเล็กตรอนที่ค่อนข้างสูง โดยความเร็วดริฟท์อิเล็กตรอนอิ่มตัวอยู่ที่ประมาณ 1×107 ซม./วินาที ขณะเดียวกัน ภายใต้สนามไฟฟ้าจำเพาะ วัสดุ InGaAs และ InP จะแสดงผลกระทบจากการเกินความเร็วอิเล็กตรอน โดยความเร็วเกินมีค่าสูงถึง 4×107 ซม./วินาที และ 6×107 ซม./วินาที ตามลำดับ ซึ่งเอื้อต่อการสร้างแบนด์วิดท์การข้ามที่สูงขึ้น ปัจจุบันเครื่องตรวจจับแสง InGaAs เป็นเครื่องตรวจจับแสงที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับการสื่อสารด้วยแสง ในตลาด วิธีการจับคู่ระหว่างพื้นผิวกับเหตุการณ์เป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุด ผลิตภัณฑ์เครื่องตรวจจับเหตุการณ์พื้นผิวที่มีความเร็ว 25 Gaud/วินาที และ 56 Gaud/วินาที สามารถผลิตเป็นจำนวนมากได้แล้ว เครื่องตรวจจับพื้นผิวแบบ back-incident ขนาดเล็กลงและมีแบนด์วิดท์สูงได้รับการพัฒนาขึ้นเช่นกัน โดยส่วนใหญ่สำหรับการใช้งานที่ต้องการความเร็วสูงและความอิ่มตัวสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของวิธีการเชื่อมต่อ ทำให้เครื่องตรวจจับพื้นผิวแบบ surface-incident ยากที่จะผสานรวมกับอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ดังนั้น ด้วยความต้องการการผสานรวมออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่เพิ่มขึ้น เครื่องตรวจจับ InGaAs แบบ waveguide ที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยมและเหมาะสำหรับการผสานรวมจึงค่อยๆ กลายเป็นจุดสนใจของการวิจัย ในบรรดาเครื่องตรวจจับ InGaAs เชิงพาณิชย์ที่มีความถี่ 70 GHz และ 110 GHz เกือบทั้งหมดใช้โครงสร้างการเชื่อมต่อแบบ waveguide เมื่อพิจารณาจากความแตกต่างของวัสดุพื้นผิว เครื่องตรวจจับ InGaAs แบบ waveguide ที่สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทหลักๆ คือ แบบที่ใช้ INP และแบบที่ใช้ Si วัสดุอิพิแทกเซียลบนวัสดุพื้นผิว InP มีคุณภาพสูงและเหมาะสมกว่าสำหรับการผลิตอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม สำหรับวัสดุกลุ่ม III-V ที่ปลูกหรือเชื่อมติดบนพื้นผิว Si เนื่องมาจากความไม่ตรงกันหลายประการระหว่างวัสดุ InGaAs และพื้นผิว Si คุณภาพของวัสดุหรืออินเทอร์เฟซจึงค่อนข้างแย่ และยังคงมีช่องว่างอีกมากสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์
ความเสถียรของเครื่องตรวจจับแสงในสภาพแวดล้อมการใช้งานที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะที่รุนแรง ถือเป็นปัจจัยสำคัญประการหนึ่งในการใช้งานจริง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เครื่องตรวจจับชนิดใหม่ๆ เช่น เพอรอฟสไกต์ วัสดุอินทรีย์ และวัสดุสองมิติ ซึ่งได้รับความสนใจอย่างมาก ยังคงเผชิญกับความท้าทายมากมายในด้านความเสถียรในระยะยาว เนื่องจากตัววัสดุเองได้รับผลกระทบจากปัจจัยแวดล้อมได้ง่าย ในขณะเดียวกัน กระบวนการผสานรวมวัสดุใหม่ๆ ยังไม่พัฒนาเต็มที่ และยังจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อการผลิตในปริมาณมากและความสม่ำเสมอของประสิทธิภาพ
แม้ว่าการนำตัวเหนี่ยวนำมาใช้จะสามารถเพิ่มแบนด์วิดท์ของอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพในปัจจุบัน แต่ยังไม่เป็นที่นิยมในระบบสื่อสารด้วยแสงดิจิทัล ดังนั้น หนึ่งในแนวทางการวิจัยของเครื่องตรวจจับแสงความเร็วสูงคือการหลีกเลี่ยงผลกระทบเชิงลบเพื่อลดพารามิเตอร์ RC ของอุปกรณ์ ประการที่สอง เมื่อแบนด์วิดท์ของเครื่องตรวจจับแสงแบบท่อนำคลื่นเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ข้อจำกัดระหว่างแบนด์วิดท์และการตอบสนองก็เริ่มปรากฏขึ้นอีกครั้ง แม้ว่าจะมีรายงานเกี่ยวกับเครื่องตรวจจับแสง Ge/Si และเครื่องตรวจจับแสง InGaAs ที่มีแบนด์วิดท์ 3dB เกิน 200GHz แต่การตอบสนองของพวกมันยังไม่เป็นที่น่าพอใจ การเพิ่มแบนด์วิดท์ในขณะที่ยังคงรักษาการตอบสนองที่ดีเป็นหัวข้อวิจัยที่สำคัญ ซึ่งอาจจำเป็นต้องนำวัสดุใหม่ที่เข้ากันได้กับกระบวนการ (ความคล่องตัวสูงและค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนสูง) หรือโครงสร้างอุปกรณ์ความเร็วสูงแบบใหม่มาใช้ นอกจากนี้ เมื่อแบนด์วิดท์ของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น สถานการณ์การใช้งานของเครื่องตรวจจับในการเชื่อมต่อโฟโตนิกส์ไมโครเวฟก็จะค่อยๆ เพิ่มขึ้น ซึ่งแตกต่างจากการตรวจจับด้วยแสงที่มีกำลังแสงตกกระทบต่ำและความไวสูงในการสื่อสารด้วยแสง สถานการณ์นี้ซึ่งมีแบนด์วิดท์สูง จึงมีความต้องการกำลังแสงอิ่มตัวสูงสำหรับกำลังแสงตกกระทบสูง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ที่มีแบนด์วิดท์สูงมักใช้โครงสร้างขนาดเล็ก ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องง่ายในการผลิตเครื่องตรวจจับแสงความเร็วสูงและกำลังแสงอิ่มตัวสูง และอาจจำเป็นต้องมีนวัตกรรมเพิ่มเติมในการสกัดพาหะและการกระจายความร้อนของอุปกรณ์ สุดท้ายนี้ การลดกระแสมืดของเครื่องตรวจจับความเร็วสูงยังคงเป็นปัญหาที่เครื่องตรวจจับแสงที่มีแลตทิซมิแมทช์ต้องแก้ไข กระแสมืดส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับคุณภาพของผลึกและสถานะพื้นผิวของวัสดุ ดังนั้น กระบวนการสำคัญๆ เช่น เฮเทอโรอิพิแทกซีคุณภาพสูง หรือการเชื่อมประสานภายใต้ระบบแลตทิซมิแมทช์ จึงจำเป็นต้องมีการวิจัยและการลงทุนเพิ่มเติม
เวลาโพสต์: 20 ส.ค. 2568