Ülikiire fotodetektor võib päädida kiiremate fiiberoptiliste sidesüsteemidega

Valgust elektrilisteks signaalideks muundavad fotodioodid ja fotodetektorid on fiiberoptiliste lairibavõrkude võtmekomponendid. Nende ränikiipidesse istutamise keerukus on aga kiirete võrguseadmete valmistamist pidurdanud.

A*STAR Mikroelektroonika Instutuudi teadlased valmistasid räni- ja germaaniumkiledest ülikiire fotodetektori, mis võib nimetatud probleemi lahendada. Uut detektorit saab kiibisse kasvatada lihtsa kiletehnoloogia abil. „Protsess on muude elektroonikakomponentide tootmisega ühilduv,“ kommenteeris töörühma liige Ning Duan. Taoliste muundurseadmete realiseerimine on ränikiibi siseste valgussignaalide töötlemise võtmesamm.

Duani töörühm kasutas muunduri valmistamiseks kiireimat saadavalolevat laviin-fotodioodi disani. Laviin-fotodiood on pooljuhtseade, mis võimaldab kõrge dioodi vastupinge (räni puhul 100-200 V) ning õige legeerimisprofiili korral laengukandjaid välise valguse toimel laviiniefektina paljundada. Et räni ei ole infrapunase valguse tuvastamiseks sobiv materjal, kasutatakse tüüpiliselt sellel eesmärgil germaaniumi.

Germaanium-fotodioodi valmistamiseks on vajalik ränisubstraadi pinnale kasvatada germaaniumi kiht. Töörühmal õnnestus see korda saata paarisaja kraadisel (^oC) temperatuuril, mis on tööstuslike rakenduste jaoks piisavalt madal suurus. Siirde elektrijuhtivust parandati arseeni ning boori aatomite selektiivse dopeerimisega.

Germaaniumsiirdega laviin-fotodetektorid töötavad ligikaudu 1,550 nm (10^-9 m) lainepikkusel, mis vastab telekommunikatsioonis kasutatavale spektriosale. Võrreldes tavalise germaaniumfotodetektoriga suudab uus laviindiood signaali võimendada kuni 30 korda. Fotodetektori töökiiruse ja ergastuse iseloomustamiseks kasutatakse võimendusastme ning ribalaiuse korrutist. Duani töörühma valmistatud seadmel on vastav näitaja 310 GHz (10⁹ Hz), mis on võrreldes tavaliste, näiteks gallium-arseniidil põhinevate laviin-fotodetektoritega kaks korda kiirem.

Edasise teadustöö eesmärk on detektorite ühildamine teiste elektroonikakomponentidega. Selleks puudub aga muundurkiipidelt osis, mis võimendaks fotodetektori voolu pingeks (transimpendatsvõimendi, transimpedance amplifier). „Peame valmistama võimendi, mis suudaks uute kiirete fotodioodidega sammu pidada,“ ütles Duan lõpetuseks.

Allikas: Phys.org