Streszczenie: podstawowa struktura i zasada pracy fotodetektora lawinowego (APD fotodetektor) są wprowadzane, analizowany jest proces ewolucji struktury urządzenia, obecny status badań jest podsumowany, a przyszły rozwój APD jest badany prospektywnie.
1. Wprowadzenie
Fotodetektor to urządzenie, które przekształca sygnały światła w sygnały elektryczne. WPółprzewodnikowy fotodetektor, wytwarzany foto-nośnik wzbudzony przez foton padający wchodzi do obwodu zewnętrznego pod przyłożonym napięciem odchylenia i tworzy wymierny fotoprąd. Nawet przy maksymalnej reakcji fotodioda pin może wytworzyć najwyżej parę par elektronowych, co jest urządzeniem bez wzmocnienia wewnętrznego. W przypadku większej reakcji można zastosować fotodiodę lawinową (APD). Wpływ amplifikacji APD na fotoprąd opiera się na efekcie zderzenia jonizacji. W pewnych warunkach przyspieszone elektrony i otwory mogą uzyskać wystarczającą ilość energii, aby zderzyć się z kratą, aby wytworzyć nową parę par elektronowych. Proces ten jest reakcją łańcuchową, dzięki czemu para par elektronowych generowanych przez wchłanianie światła może wytwarzać dużą liczbę par elektronu i tworzyć dużą wtórną fotoprąd. Dlatego APD ma wysoką reakcję i wzmocnienie wewnętrzne, co poprawia stosunek sygnału do szumu urządzenia. APD będzie używane głównie w systemach komunikacji światłowodowej na duże odległości lub mniejszych światłowodowych z innymi ograniczeniami otrzymanej mocy optycznej. Obecnie wielu ekspertów od urządzeń optycznych jest bardzo optymistycznie nastawionych do perspektyw APD i uważa, że badania APD są konieczne w celu zwiększenia międzynarodowej konkurencyjności powiązanych dziedzin.
2. Rozwój technicznyFotodetektor lawinowy(APD Photodetector)
2.1 Materiały
(1)SI Fotodetektor
Technologia materiałów SI jest dojrzałą technologią, która jest szeroko stosowana w dziedzinie mikroelektroniki, ale nie nadaje się do przygotowania urządzeń w zakresie długości fali 1,31 mm i 1,55 mm, które są ogólnie akceptowane w dziedzinie komunikacji optycznej.
(2) GE
Chociaż reakcja spektralna GE APD jest odpowiednia dla wymagań niskiej straty i niskiej dyspersji w transmisji światłowodowej, w procesie przygotowania występują duże trudności. Ponadto współczynnik prędkości jonizacji elektronów i otworów GE jest bliski () 1, więc trudno jest przygotować wysokowydajne urządzenia APD.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
Jest to skuteczna metoda wyboru w 0.53Ga0.47A jako warstwa absorpcji światła APD i INP jako warstwy mnożnika. Pik absorpcyjny IN0.53GA0.47AS Wynosi 1,65 mm, 1,31 mm, długości fali 1,55 mm wynosi około 104 cm-1 współczynnik absorpcji, który jest obecnie preferowanym materiałem dla warstwy absorpcji detektora światła.
(4)Ingaas fotodetektor/Wfotodetektor
Wybierając InGAASP jako warstwę pochłaniającą światło i INP jako warstwę mnożnika, APD o długości fali odpowiedzi 1-1,4 mm, wysokiej wydajności kwantowej, niskiego ciemnego prądu i wysokiego wzmocnienia lawiny. Wybierając różne elementy stopu, osiągnięto najlepszą wydajność dla określonych długości fal.
(5) Ingaas/inalas
W 0,52AL0.48AS Materiał ma szczelinę pasmową (1,47EV) i nie wchłania się w zakresie długości fali 1,55 mm. Istnieją dowody na to, że cienka w 0,52AL0.48AS Warstwa epitaksjalna może uzyskać lepsze charakterystyki wzmocnienia niż INP jako warstwa multiplikatorowa pod warunkiem czystego wstrzyknięcia elektronów.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/inalas i Ingaas/in (al) Gaas/inalas
Współczynnik jonizacji materiałów jest ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność APD. Wyniki pokazują, że szybkość jonizacji kolizji warstwy mnożnikowej można poprawić, wprowadzając struktury ingaas (p) /inalas i w (al) GAAS /inalas. Stosując strukturę superlattice, inżynieria opaski może sztucznie kontrolować asymetryczną nieciągłość pasma między pasmem przewodnictwu a wartościami pasma walencyjności i upewnić się, że nieciągłość pasma przewodzenia jest znacznie większa niż nieciągłość pasma walencyjnego (δec >> δEV). W porównaniu z materiałami objętościowymi Ingaas, szybkość jonizacji elektronów Ingaas/inalas (A) jest znacznie zwiększona, a elektrony i otwory zyskują dodatkową energię. Z powodu δec >> δEV można oczekiwać, że energia zyskana przez elektrony zwiększa szybkość jonizacji elektronów znacznie więcej niż udział energii otworu w szybkość jonizacji otworu (B). Współczynnik (k) szybkości jonizacji elektronów do szybkości jonizacji otworu wzrasta. Dlatego produkt o wysokim poziomie wzmocnienia (GBW) i niską wydajność hałasu można uzyskać, stosując struktury superlatyw. Jednak ta struktura studni kwantowych Ingaas/inalas APD, która może zwiększyć wartość K, jest trudna do zastosowania do odbiorników optycznych. Wynika to z faktu, że współczynnik mnożnika, który wpływa na maksymalną reakcję, jest ograniczony przez prąd ciemny, a nie szum mnożnika. W tej strukturze ciemny prąd jest spowodowany głównie efektem tunelowania warstwy studni Ingaas z wąską szczeliną pasmową, więc wprowadzenie szerokiego stopu czwartorzędowego stopu, takiego jak Ingaasp lub inalgaas, zamiast Ingaas, jako warstwa studziennia struktury studni kwantowej, może tłumić ciemny prąd.
Czas postu: 13-2023