Giới thiệuBộ tách sóng quang InGaAs
InGaAs là một trong những vật liệu lý tưởng để đạt được khả năng phản hồi cao vàbộ tách sóng quang tốc độ caoThứ nhất, InGaAs là vật liệu bán dẫn có khe năng lượng trực tiếp, và độ rộng khe năng lượng của nó có thể được điều chỉnh bằng tỷ lệ giữa In và Ga, cho phép phát hiện các tín hiệu quang học ở các bước sóng khác nhau. Trong đó, In0.53Ga0.47As hoàn toàn phù hợp với mạng tinh thể nền InP và có hệ số hấp thụ ánh sáng rất cao trong dải tần truyền thông quang học. Nó là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong việc chế tạo...bộ tách sóng quangvà cũng có hiệu suất dòng tối và độ nhạy vượt trội nhất. Thứ hai, cả vật liệu InGaAs và InP đều có vận tốc trôi điện tử tương đối cao, với vận tốc trôi điện tử bão hòa của cả hai đều xấp xỉ 1×107cm/s. Trong khi đó, dưới các điện trường cụ thể, vật liệu InGaAs và InP thể hiện hiệu ứng vượt vận tốc điện tử, với vận tốc vượt đạt lần lượt 4×107cm/s và 6×107cm/s. Điều này có lợi cho việc đạt được băng thông giao nhau cao hơn. Hiện nay, bộ tách sóng quang InGaAs là bộ tách sóng quang phổ biến nhất cho truyền thông quang học. Trên thị trường, phương pháp ghép nối chiếu sáng bề mặt là phổ biến nhất. Các sản phẩm bộ tách sóng chiếu sáng bề mặt với băng thông 25 Gaud/s và 56 Gaud/s đã có thể được sản xuất hàng loạt. Các bộ tách sóng chiếu sáng bề mặt kích thước nhỏ hơn, chiếu sáng từ phía sau và băng thông cao cũng đã được phát triển, chủ yếu cho các ứng dụng như tốc độ cao và độ bão hòa cao. Tuy nhiên, do những hạn chế của phương pháp ghép nối, các bộ детеctor phản xạ bề mặt khó tích hợp với các thiết bị quang điện tử khác. Do đó, với nhu cầu ngày càng tăng về tích hợp quang điện tử, các bộ tách sóng quang InGaAs ghép nối bằng ống dẫn sóng với hiệu suất tuyệt vời và phù hợp cho việc tích hợp đã dần trở thành trọng tâm nghiên cứu. Trong số đó, hầu hết các mô-đun tách sóng quang InGaAs thương mại 70GHz và 110GHz đều sử dụng cấu trúc ghép nối bằng ống dẫn sóng. Theo sự khác biệt về vật liệu nền, các bộ tách sóng quang InGaAs ghép nối bằng ống dẫn sóng chủ yếu có thể được phân loại thành hai loại: dựa trên INP và dựa trên Si. Vật liệu được nuôi cấy trên chất nền InP có chất lượng cao và phù hợp hơn cho việc chế tạo các thiết bị hiệu suất cao. Tuy nhiên, đối với các vật liệu nhóm III-V được nuôi cấy hoặc liên kết trên chất nền Si, do sự không tương thích khác nhau giữa vật liệu InGaAs và chất nền Si, chất lượng vật liệu hoặc giao diện tương đối kém, và vẫn còn nhiều dư địa để cải thiện hiệu suất của thiết bị.
Tính ổn định của bộ cảm biến quang trong các môi trường ứng dụng khác nhau, đặc biệt là trong điều kiện khắc nghiệt, cũng là một trong những yếu tố then chốt trong các ứng dụng thực tế. Trong những năm gần đây, các loại bộ cảm biến mới như perovskite, vật liệu hữu cơ và vật liệu hai chiều, vốn thu hút nhiều sự chú ý, vẫn còn đối mặt với nhiều thách thức về tính ổn định lâu dài do bản thân vật liệu dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Đồng thời, quy trình tích hợp các vật liệu mới vẫn chưa hoàn thiện, và cần phải nghiên cứu thêm để sản xuất quy mô lớn và đảm bảo tính nhất quán về hiệu suất.
Mặc dù việc đưa vào cuộn cảm có thể làm tăng hiệu quả băng thông của thiết bị hiện nay, nhưng nó không phổ biến trong các hệ thống truyền thông quang kỹ thuật số. Do đó, làm thế nào để tránh những tác động tiêu cực nhằm giảm hơn nữa các thông số RC ký sinh của thiết bị là một trong những hướng nghiên cứu của bộ tách sóng quang tốc độ cao. Thứ hai, khi băng thông của các bộ tách sóng quang ghép nối ống dẫn sóng tiếp tục tăng, sự ràng buộc giữa băng thông và độ nhạy bắt đầu xuất hiện trở lại. Mặc dù đã có báo cáo về các bộ tách sóng quang Ge/Si và bộ tách sóng quang InGaAs với băng thông 3dB vượt quá 200GHz, nhưng độ nhạy của chúng vẫn chưa đạt yêu cầu. Làm thế nào để tăng băng thông trong khi vẫn duy trì độ nhạy tốt là một chủ đề nghiên cứu quan trọng, có thể cần đến việc giới thiệu các vật liệu tương thích với quy trình mới (độ linh động cao và hệ số hấp thụ cao) hoặc các cấu trúc thiết bị tốc độ cao mới để giải quyết. Ngoài ra, khi băng thông của thiết bị tăng lên, các kịch bản ứng dụng của bộ tách sóng trong các liên kết quang vi sóng sẽ dần tăng lên. Không giống như trường hợp công suất quang nhỏ và phát hiện độ nhạy cao trong truyền thông quang, kịch bản này, trên cơ sở băng thông cao, có nhu cầu công suất bão hòa cao đối với trường hợp công suất cao. Tuy nhiên, các thiết bị băng thông cao thường sử dụng cấu trúc kích thước nhỏ, do đó việc chế tạo các bộ tách sóng quang tốc độ cao và công suất bão hòa cao không dễ dàng, và có thể cần những cải tiến hơn nữa trong việc trích xuất điện tích và tản nhiệt của thiết bị. Cuối cùng, việc giảm dòng điện tối của các bộ tách sóng tốc độ cao vẫn là một vấn đề mà các bộ tách sóng quang có sự không khớp mạng tinh thể cần giải quyết. Dòng điện tối chủ yếu liên quan đến chất lượng tinh thể và trạng thái bề mặt của vật liệu. Do đó, các quy trình quan trọng như dị epitaxy chất lượng cao hoặc liên kết trong các hệ thống không khớp mạng tinh thể cần nhiều nghiên cứu và đầu tư hơn.
Thời gian đăng bài: 20/08/2025