Santrauka: Lavinų fotodetektoriaus pagrindinė struktūra ir veikimo principas (APD fotodetektorius), analizuojamas įrenginio struktūros evoliucijos procesas, apibendrinama dabartinė tyrimų būklė ir perspektyviai nagrinėjama APD tolesnė plėtra.
1. Įvadas
Fotodetektorius yra prietaisas, kuris šviesos signalus paverčia elektriniais signalais.puslaidininkinis fotodetektorius, krintančio fotono sužadintas fotonešėjas, veikiant taikomai poslinkio įtampai, patenka į išorinę grandinę ir sudaro išmatuojamą fotosrovę. Net ir esant maksimaliam jautrumui, PIN fotodiodas gali sukurti daugiausiai elektronų ir skylių poras, o tai yra įrenginys be vidinio stiprinimo. Didesniam jautrumui pasiekti galima naudoti lavinos fotodiodą (APD). APD stiprinimo poveikis fotosrovei pagrįstas jonizacijos susidūrimo efektu. Tam tikromis sąlygomis pagreitinti elektronai ir skylės gali gauti pakankamai energijos, kad susidurtų su gardele ir sukurtų naują elektronų ir skylių porą. Šis procesas yra grandininė reakcija, todėl šviesos absorbcijos metu susidariusi elektronų ir skylių porų pora gali sukurti daug elektronų ir skylių porų ir suformuoti didelę antrinę fotosrovę. Todėl APD pasižymi dideliu jautrumu ir vidiniu stiprinimu, o tai pagerina įrenginio signalo ir triukšmo santykį. APD daugiausia bus naudojamas tolimojo nuotolio arba mažesnėse optinio pluošto ryšio sistemose, kuriose yra kitų priimamos optinės galios apribojimų. Šiuo metu daugelis optinių prietaisų ekspertų labai optimistiškai vertina APD perspektyvas ir mano, kad APD tyrimai yra būtini siekiant padidinti susijusių sričių tarptautinį konkurencingumą.
2. Techninis vystymaslavinos fotodetektorius(APD fotodetektorius)
2.1 Medžiagos
(1)Si fotodetektorius
Si medžiagų technologija yra brandi technologija, plačiai naudojama mikroelektronikos srityje, tačiau ji netinka 1,31 mm ir 1,55 mm bangos ilgių diapazono įrenginiams, kurie yra visuotinai priimtini optinio ryšio srityje, gaminti.
(2) Ge
Nors Ge APD spektrinis atsakas atitinka mažų nuostolių ir mažos dispersijos reikalavimus optinio pluošto perdavime, jo paruošimo procese kyla didelių sunkumų. Be to, Ge elektronų ir skylių jonizacijos greičio santykis yra artimas () 1, todėl sunku paruošti didelio našumo APD įtaisus.
(3) In0,53Ga0,47As/InP
Efektyvus būdas yra pasirinkti In0.53Ga0.47As kaip APD šviesos sugerties sluoksnį ir InP kaip daugiklio sluoksnį. In0.53Ga0.47As medžiagos sugerties pikas yra 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm bangos ilgis yra apie 104 cm-1, didelis sugerties koeficientas, todėl šiuo metu tai yra pageidaujama medžiaga šviesos detektoriaus sugerties sluoksniui.
(4)InGaAs fotodetektorius/Įfotodetektorius
Pasirinkus InGaAsP kaip šviesą sugeriantį sluoksnį ir InP kaip daugiklio sluoksnį, galima pagaminti APD, kurio atsako bangos ilgis yra 1–1,4 mm, didelis kvantinis efektyvumas, maža tamsioji srovė ir didelis lavinos stiprinimas. Pasirinkus skirtingus lydinio komponentus, pasiekiamas geriausias našumas esant konkretiems bangos ilgiams.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As medžiaga turi draudžiamąją juostą (1,47 eV) ir nesugeria 1,55 mm bangos ilgių diapazone. Yra įrodymų, kad plonas In0.52Al0.48As epitaksinis sluoksnis, esant grynai elektronų injekcijai, gali pasiekti geresnes stiprinimo charakteristikas nei InP, kaip daugintuvo sluoksnis.
(6)InGaAs/InGaAs (P)/InAlAs ir InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Medžiagų smūginės jonizacijos greitis yra svarbus veiksnys, turintis įtakos APD veikimui. Rezultatai rodo, kad daugiklio sluoksnio susidūrimo jonizacijos greitį galima pagerinti įvedant InGaAs (P) /InAlAs ir In (Al) GaAs / InAlAs supergardelės struktūras. Naudojant supergardelės struktūrą, juostų inžinerija gali dirbtinai kontroliuoti asimetrinį juostos krašto nelygumą tarp laidumo juostos ir valentinės juostos verčių ir užtikrinti, kad laidumo juostos nelygumas būtų daug didesnis nei valentinės juostos nelygumas (ΔEc>>ΔEv). Palyginti su InGaAs birių medžiagų, InGaAs / InAlAs kvantinės duobės elektronų jonizacijos greitis (a) žymiai padidėja, o elektronai ir skylės įgyja papildomos energijos. Dėl ΔEc>>ΔEv galima tikėtis, kad elektronų įgyta energija padidina elektronų jonizacijos greitį daug labiau nei skylių energijos indėlis į skylių jonizacijos greitį (b). Elektronų jonizacijos greičio ir skylių jonizacijos greičio santykis (k) padidėja. Todėl taikant supergardelių struktūras galima gauti didelį stiprinimo pralaidumo sandaugą (GBW) ir mažą triukšmo našumą. Tačiau šią InGaAs/InAlAs kvantinio šulinio struktūros APD, kuri gali padidinti k vertę, sunku pritaikyti optiniams imtuvams. Taip yra todėl, kad daugiklio koeficientą, turintį įtakos maksimaliam jautrumui, riboja tamsioji srovė, o ne daugiklio triukšmas. Šioje struktūroje tamsiąją srovę daugiausia sukelia InGaAs šulinio sluoksnio su siaura draudžiamąja juosta tuneliavimo efektas, todėl plačiajuosčio tarpo ketvirtinio lydinio, pvz., InGaAsP arba InAlGaAs, įvedimas vietoj InGaAs kaip kvantinio šulinio struktūros šulinio sluoksnį gali slopinti tamsiąją srovę.
Įrašo laikas: 2023 m. lapkričio 13 d.