Anotacija: Pagrindinė lavinų fotodetektoriaus struktūra ir veikimo principas (APD fotodetektorius) pristatomi, analizuojamas įrenginio struktūros evoliucijos procesas, apibendrinama dabartinė tyrimų būklė ir perspektyviai ištirta ateities APD raida.
1. Įvadas
Fotodetektorius yra prietaisas, paverčiantis šviesos signalus į elektros signalus.Apuslaidininkinis fotodetektorius, šviesos generuojamas nešiklis, sužadintas krintančio fotono, patenka į išorinę grandinę esant įtampai ir sudaro išmatuojamą fotosrovę.Net ir esant didžiausiam jautrumui, PIN fotodiodas gali sukurti daugiausia tik porą elektronų skylių porų, o tai yra įrenginys be vidinio stiprinimo.Siekiant didesnio reagavimo, galima naudoti lavinos fotodiodą (APD).APD stiprinimo efektas foto srovei pagrįstas jonizacijos susidūrimo efektu.Tam tikromis sąlygomis pagreitinti elektronai ir skylės gali gauti pakankamai energijos, kad susidurtų su grotelėmis ir susidarytų nauja elektronų skylių porų pora.Šis procesas yra grandininė reakcija, todėl elektronų skylių porų pora, susidaranti dėl šviesos sugerties, gali sudaryti daug elektronų skylių porų ir sudaryti didelę antrinę fotosrovę.Todėl APD turi didelį reagavimą ir vidinį stiprinimą, o tai pagerina įrenginio signalo ir triukšmo santykį.APD daugiausia bus naudojamas tolimojo ar mažesnio šviesolaidžio ryšio sistemose su kitais gaunamos optinės galios apribojimais.Šiuo metu daugelis optinių įrenginių ekspertų labai optimistiškai vertina APD perspektyvas ir mano, kad APD tyrimai yra būtini, siekiant sustiprinti susijusių sričių tarptautinį konkurencingumą.
2. Techninis tobulinimaslavinos 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 bangų ilgio prietaisams, kurie yra visuotinai priimtini optinio ryšio srityje, paruošti.
(2) Ge
Nors Ge APD spektrinis atsakas yra tinkamas mažų nuostolių ir mažos dispersijos reikalavimams optinio pluošto perdavimo procese, paruošimo procese kyla didelių sunkumų.Be to, Ge elektronų ir skylių jonizacijos greičio santykis yra artimas () 1, todėl sunku paruošti didelio našumo APD įrenginius.
(3)In0,53Ga0,47As/InP
Tai efektyvus būdas pasirinkti In0.53Ga0.47As kaip APD šviesos sugerties sluoksnį ir InP kaip daugiklio sluoksnį.In0,53Ga0,47As medžiagos sugerties smailė yra 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm bangos ilgis yra apie 104 cm-1 didelis sugerties koeficientas, o tai šiuo metu yra tinkamiausia medžiaga šviesos detektoriaus sugerties sluoksniui.
(4)InGaAs fotodetektorius/Įfotodetektoriumi
Pasirinkus InGaAsP kaip šviesą sugeriantį sluoksnį ir InP kaip dauginamąjį sluoksnį, galima paruošti APD, kurio atsako bangos ilgis yra 1–1,4 mm, didelis kvantinis efektyvumas, maža tamsioji srovė ir didelis lavinos padidėjimas.Pasirinkus skirtingus lydinio komponentus, pasiekiamas geriausias našumas tam tikriems bangos ilgiams.
(5)InGaAs/InAlAs
In0,52Al0,48As medžiaga turi juostos tarpą (1,47 eV) ir nesugeria 1,55 mm bangos ilgio diapazone.Yra įrodymų, kad plonas In0,52Al0,48As epitaksinis sluoksnis gali gauti geresnes stiprinimo charakteristikas nei InP kaip multiplikatoriaus sluoksnis gryno elektronų įpurškimo sąlygomis.
(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 greitis gali būti pagerintas įvedant InGaAs (P) / InAlAs ir In (Al) GaAs / InAlAs supergardelių struktūras.Naudojant supergardelės struktūrą, juostos inžinerija gali dirbtinai valdyti asimetrinės juostos krašto nepertraukiamumą tarp laidumo juostos ir valentinės juostos reikšmių ir užtikrinti, kad laidumo juostos nenutrūkstamumas būtų daug didesnis nei valentinės juostos nepertraukiamumas (ΔEc>>ΔEv).Palyginti su InGaAs biriomis medžiagomis, InGaAs / InAlAs kvantinio šulinio elektronų jonizacijos greitis ( a ) žymiai padidėja, o elektronai ir skylės įgyja papildomos energijos.Dėl ΔEc>>ΔEv galima tikėtis, kad elektronų gaunama energija padidina elektronų jonizacijos greitį daug labiau nei skylės energijos indėlis į skylės jonizacijos greitį (b).Elektronų jonizacijos greičio ir skylės jonizacijos greičio santykis (k) didėja.Todėl didelio stiprinimo dažnių juostos pločio produktą (GBW) ir mažą triukšmo efektyvumą galima gauti taikant supergardelių struktūras.Tačiau šią InGaAs / InAlAs kvantinio šulinio struktūros APD, kuri gali padidinti k reikšmę, sunku pritaikyti optiniams imtuvams.Taip yra todėl, kad daugiklio koeficientą, turintį įtakos didžiausiam jautrumui, riboja tamsi srovė, o ne daugiklio triukšmas.Šioje struktūroje tamsiąją srovę daugiausia sukelia InGaAs šulinio sluoksnio su siauru juostos tarpu tuneliavimo efektas, todėl vietoj InGaAs kaip šulinio sluoksnio įvedamas plataus dažnio tarpo ketvirtinis lydinys, pvz., InGaAsP arba InAlGaAs. kvantinio šulinio struktūra gali slopinti tamsiąją srovę.
Paskelbimo laikas: 2023-11-13