Anotācija: lavīnu fotodetektora pamatprincips (APD fotodetektors) tiek ieviesti, tiek analizēts ierīces struktūras evolūcijas process, apkopots pašreizējais pētniecības statuss un perspektīvi tiek pētīta turpmākā APD attīstība.
1. Ievads
Fotodetektors ir ierīce, kas gaismas signālus pārvērš elektriskos signālos. Apusvadītāju fotodetektors, Foto ģenerētais nesējs, ko ierosina krītošais fotons, nonāk ārējā ķēdē zem pielietotā neobjektivitātes sprieguma un veido izmērāmu fotokameru. Pat pēc maksimālās atsaucības PIN fotodiode var radīt tikai ne vairāk kā elektronu caurumu pāri, kas ir ierīce bez iekšēja pastiprinājuma. Lai iegūtu lielāku atsaucību, var izmantot lavīnu fotodiodes (APD). APD pastiprināšanas ietekme uz foto strāvu balstās uz jonizācijas sadursmes efektu. Atsevišķos apstākļos paātrinātie elektroni un caurumi var iegūt pietiekami daudz enerģijas, lai sadurtu ar režģi, lai iegūtu jaunu elektronu caurumu pāru pāri. Šis process ir ķēdes reakcija, tāpēc elektronu caurumu pāru pāris, ko rada gaismas absorbcija, var radīt lielu skaitu elektronu caurumu pāru un veidot lielu sekundāru fotokameru. Tāpēc APD ir augsta atsaucība un iekšējais ieguvums, kas uzlabo ierīces signāla un trokšņa attiecību. APD galvenokārt izmantos tālsatiksmes vai mazākās optiskās šķiedras sakaru sistēmās ar citiem saņemtās optiskās jaudas ierobežojumiem. Pašlaik daudzi optisko ierīču eksperti ir ļoti optimistiski noskaņoti attiecībā uz APD izredzēm un uzskata, ka APD pētījumi ir nepieciešami, lai uzlabotu saistīto jomu starptautisko konkurētspēju.
2. Tehniskā attīstībalavīna fotodetektors(APD fotodetektors)
2.1 Materiāli
(1)Si fotodetektors
SI materiālu tehnoloģija ir nobriedusi tehnoloģija, ko plaši izmanto mikroelektronikas jomā, taču tā nav piemērota ierīču sagatavošanai viļņu garuma diapazonā 1,31 mm un 1,55 mm, kuras parasti pieņem optiskās komunikācijas jomā.
(2) GE
Lai arī GE APD spektrālā reakcija ir piemērota zemu zudumu un zemas izkliedes prasībām optisko šķiedru pārraidē, sagatavošanas procesā ir lielas grūtības. Turklāt GE elektronu un caurumu jonizācijas ātruma attiecība ir tuvu () 1, tāpēc ir grūti sagatavot augstas veiktspējas APD ierīces.
(3) IN0.53GA0.47A/INP
Tā ir efektīva metode, kā izvēlēties IN0.53GA0.47A kā APD un INP gaismas absorbcijas slāni kā reizinātāja slāni. In absorbcijas maksimums ir 0,53GA0.47As materiāls ir 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm viļņa garums ir aptuveni 104 cm-1 augsts absorbcijas koeficients, kas ir vēlamais materiāls pašlaik gaismas detektora absorbcijas slānim.
(4)Ingaas fotodetektors/Iekšāfotodetektors
Izvēloties ingaasp kā gaismas absorbējošo slāni un INP kā reizinātāja slāni, APD ar reakcijas viļņa garumu 1-1,4 mm, var sagatavot augstu kvantu efektivitāti, zemu tumšo strāvu un augstu lavīnu pastiprinājumu. Izvēloties dažādus sakausējuma komponentus, tiek sasniegts labākais veiktspēja noteiktiem viļņu garumiem.
(5) Ingaas/Inalas
In0.52al0.48as materiālam ir joslas sprauga (1,47EV), un tas nav absorbēts viļņa garuma diapazonā no 1,55 mm. Ir pierādījumi, ka plāna in0,52al0.48as epitaksiālais slānis var iegūt labākus pastiprinājuma īpašības nekā INP kā reizinātāja slānim tīras elektronu injekcijas stāvoklī.
(6) Ingaas/ingaas (p)/inalas un ingaas/in (al) gaAs/inalas
Materiālu ietekmes jonizācijas ātrums ir svarīgs faktors, kas ietekmē APD darbību. Rezultāti rāda, ka reizinātāja slāņa sadursmes jonizācijas ātrumu var uzlabot, ieviešot ingaas (p) /inalas un (al) GaAs /Inalas superlattice struktūras. Izmantojot superlattice struktūru, joslu inženierija var mākslīgi kontrolēt asimetriskās joslas malas pārtraukumu starp vadīšanas joslu un valences joslas vērtībām un nodrošināt, ka vadīšanas joslas pārtraukums ir daudz lielāks nekā valences joslas pārtraukums (ΔEc >> ΔEV). Salīdzinot ar Ingaas lielapjoma materiāliem, INGAAS/INALAS kvantu akas elektronu jonizācijas ātrums (A) ir ievērojami palielināts, un elektroni un caurumi iegūst papildu enerģiju. ΔEc >> ΔEV dēļ var sagaidīt, ka elektronu iegūtā enerģija palielina elektronu jonizācijas ātrumu daudz vairāk nekā cauruma enerģijas ieguldījums caurumu jonizācijas ātrumā (b). Palielinās elektronu jonizācijas ātruma un caurumu jonizācijas ātruma attiecība (k). Tāpēc augsta līmeņa joslas platuma produktu (GBW) un zema trokšņa veiktspēju var iegūt, izmantojot Superlattice struktūras. Tomēr šo ingaas/inalas kvantu urbuma struktūras APD, kas var palielināt K vērtību, ir grūti piemērojams optiskajiem uztvērējiem. Tas ir tāpēc, ka reizinātāja koeficientu, kas ietekmē maksimālo reakciju, ierobežo tumšā strāva, nevis reizinātāja troksnis. Šajā struktūrā tumšo strāvu galvenokārt izraisa ingaas urbuma slāņa tunelēšanas efekts ar šauru joslu spraugu, tāpēc platjoslas spraugas kvartāra sakausējuma, piemēram, ingaasp vai inalgaas, ieviešana Ingaas vietā kā akas slāņa vietā kvantu urbuma struktūra var nomākt tumšo strāvu.
Pasta laiks: novembris-13-2023