Анотація: Основна структура та принцип роботи фотодетектора лавини (Photodetector APD) Аналізується процес еволюції структури пристрою, сучасний статус дослідження узагальнюється, а майбутня розробка APD вивчається перспективно.
1. Вступ
Фотопроферектор - це пристрій, який перетворює світлові сигнали в електричні сигнали. ВНапівпровідниковий фотодетектор, Фотогенерований носій, збуджений падаючою фотоном, потрапляє у зовнішній ланцюг під напругою застосованого зміщення і утворює вимірюваний фотострум. Навіть при максимальній чутливості PIN-фотодіод може щонайменше створювати пару пар електронних отворів, що є пристроєм без внутрішнього посилення. Для більшої чутливості можна використовувати лавинний фотодіод (APD). Ефект посилення APD на фотострум ґрунтується на ефекті зіткнення іонізації. За певних умов прискорені електрони та отвори можуть отримати достатню кількість енергії, щоб зіткнутися з решіткою для отримання нової пари пар електрон. Цей процес є ланцюговою реакцією, так що пара пар електронів, що утворюються за допомогою поглинання світла, може призвести до великої кількості пар електронних отворів і утворювати великий вторинний фотострум. Тому APD має високу чутливість та внутрішній приріст, що покращує співвідношення сигнал-шум пристрою. APD в основному буде використовуватися в системах на великі відстані або менших оптичних волоконних системах з іншими обмеженнями щодо отриманої оптичної потужності. В даний час багато експертів з оптичних пристроїв дуже оптимістично ставляться до перспектив APD, і вважають, що дослідження APD необхідні для підвищення міжнародної конкурентоспроможності суміжних сфер.
2. Технічний розвитокфотодетектор лавини(Photodetector APD)
2.1 Матеріали
(1)СІ фотодетектор
Технологія SI Material - це зріла технологія, яка широко використовується в галузі мікроелектроніки, але вона не підходить для підготовки пристроїв у діапазоні довжин хвиль 1,31 мм і 1,55 мм, які загальновизнані в галузі оптичного зв'язку.
(2) ge
Хоча спектральна реакція GE APD підходить для вимог низьких втрат та низької дисперсії в оптичній передачі волокон, у процесі підготовки є великі труднощі. Крім того, співвідношення швидкості іонізації електронів та отвору є близьким до () 1, тому важко підготувати високоефективні пристрої APD.
(3) In0.53GA0.47AS/INP
Це ефективний метод вибору in0.53GA0.47AS як шар поглинання світла APD та INP в якості шару множника. Пік поглинання матеріалу IN0.53GA0.47AS становить 1,65 мм, 1,31 мм, довжина хвилі 1,55 мм становить приблизно 104 см-1 коефіцієнт поглинання, який є кращим матеріалом для шару поглинання в даний час.
(4)Фотодетектор Інгааса/Вфотодетектор
Вибираючи IngaASP як освітлюючий шар і INP як шар мультиплікатора, APD з довжиною хвилі реакції 1-1,4 мм, можна підготувати високу квантову ефективність, низький темний струм та високий приріст лавин. Вибираючи різні компоненти сплаву, досягається найкраща продуктивність для конкретних довжин хвиль.
(5) Ingaas/inalas
Матеріал IN0.52AL0.48AS має смугу проміжок (1,47EV) і не поглинається в діапазоні довжин хвиль 1,55 мм. Є дані, що тонкий in0.52Al0.48AS епітаксіальний шар може отримати кращі характеристики посилення, ніж INP, як мультиплікаторний шар за умови чистої ін'єкції електронів.
(6) Ingaas/ingaas (p)/inalas та ingaas/in (al) gaas/inalas
Швидкість іонізації матеріалів є важливим фактором, що впливає на продуктивність APD. Результати показують, що швидкість іонізації зіткнення рівня мультиплікатора може бути покращена шляхом введення Ingaa (p) /inalas та в (Al) gaas /inalas superlattice структури. Використовуючи структуру Superlattice, інженерія діапазону може штучно керувати асиметричним переривленням краю смуги між діапазоном провідності та значеннями валентної смуги, і переконайтеся, що розрив смуги провідності набагато більший, ніж розрив валентної смуги (ΔEC >> ΔEV). Порівняно з об'ємними матеріалами InGAAS, швидкість іонізації електронів ingaas/inalas Quantum свердловини (a) значно збільшується, а електрони та отвори набирають додаткову енергію. Через ΔEC >> ΔEV можна очікувати, що енергія, отримана за допомогою електронів, збільшує швидкість іонізації електронів набагато більше, ніж внесок енергії отвору в швидкість іонізації отвору (b). Коефіцієнт (k) швидкості іонізації електронів до швидкості іонізації отвору збільшується. Тому продукт з високою пропускною здатністю (GBW) та низькі шумові показники можна отримати шляхом застосування конструкцій суперататів. Однак ця Quantum Quantum Well Strupde INAAS/INALAS, яка може збільшити значення K, важко застосувати до оптичних приймачів. Це пояснюється тим, що коефіцієнт множника, який впливає на максимальну чутливість, обмежений темним струмом, а не шумом множника. У цій структурі темний струм в основному спричинений тунелюючим ефектом шару свердловини Ingaas з вузьким проміжком смуги, тому введення широкосмугового розриву четвертинного сплаву, таких як Ingaasp або Inalgaas, замість Інгааса як шар свердловини квантової свердловини може придушити темний струм.
Час посади: 12-2023 листопада