Апстракт: Основна структура и принцип на работа на фотодетектор за лавини (APD фотодетектор) се воведуваат, се анализира процесот на еволуција на структурата на уредот, се сумира моменталниот статус на истражувањето и се проспективно проучува идниот развој на APD.
1. Вовед
Фотодетектор е уред кој ги претвора светлосните сигнали во електрични сигнали. Вополупроводнички фотодетектор, фотогенерираниот носач возбуден од инцидентниот фотон влегува во надворешното коло под применетиот напон на поларизација и формира мерлива фотоструја. Дури и при максимална одзивност, PIN фотодиодата може да произведе најмногу само еден пар парови електрон-дупка, што е уред без внатрешно засилување. За поголема одзивност, може да се користи лавинска фотодиода (APD). Ефектот на засилување на APD врз фотострујата се базира на ефектот на јонизирачки судир. Под одредени услови, забрзаните електрони и дупки можат да добијат доволно енергија за да се судрат со решетката за да произведат нов пар парови електрон-дупка. Овој процес е верижна реакција, така што парот парови електрон-дупка генерирани со апсорпција на светлина може да произведе голем број парови електрон-дупка и да формира голема секундарна фотоструја. Затоа, APD има висока одзивност и внатрешно засилување, што го подобрува односот сигнал-шум на уредот. APD главно ќе се користи во системи за комуникација на долги растојанија или помали оптички влакна со други ограничувања на примената оптичка моќност. Во моментов, многу експерти за оптички уреди се многу оптимисти во врска со перспективите на APD и веруваат дека истражувањето на APD е неопходно за подобрување на меѓународната конкурентност во сродните области.
2. Технички развој нафотодетектор за лавини(APD фотодетектор)
2.1 Материјали
(1)Si фотодетектор
Технологијата на Si материјали е зрела технологија која е широко користена во областа на микроелектрониката, но не е погодна за подготовка на уреди во опсегот на бранови должини од 1,31 mm и 1,55 mm кои се општо прифатени во областа на оптичката комуникација.
(2)Ге
Иако спектралниот одговор на Ge APD е погоден за барањата за ниски загуби и ниска дисперзија во преносот преку оптички влакна, постојат големи тешкотии во процесот на подготовка. Покрај тоа, односот на брзината на јонизација на електроните и дупките на Ge е блиску до ()1, па затоа е тешко да се подготват високо-перформансни APD уреди.
(3) In0.53Ga0.47As/InP
Ефикасен метод е да се избере In0.53Ga0.47As како слој за апсорпција на светлина на APD и InP како слој за множење. Врвот на апсорпција на материјалот In0.53Ga0.47As е 1.65 mm, 1.31 mm, брановата должина од 1.55 mm е околу 104 cm-1 висок коефициент на апсорпција, што е претпочитаниот материјал за слојот за апсорпција на детекторот на светлина во моментов.
(4)Фотодетектор InGaAs/Вофотодетектор
Со избирање на InGaAsP како слој што апсорбира светлина и InP како слој што мултиплицира, може да се подготви APD со бранова должина на одговор од 1-1,4 mm, висока квантна ефикасност, ниска темна струја и големо лавинско засилување. Со избирање на различни компоненти од легура, се постигнуваат најдобри перформанси за специфични бранови должини.
(5) InGaAs/InAlAs
Материјалот In0.52Al0.48As има епитаксијален јаз (1.47 eV) и не апсорбира во опсегот на бранова должина од 1.55 mm. Постојат докази дека тенкиот епитаксијален слој In0.52Al0.48As може да добие подобри карактеристики на засилување од InP како мултипликаторски слој под услов на инјектирање на чисти електрони.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs и InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Стапката на ударна јонизација на материјалите е важен фактор што влијае на перформансите на APD. Резултатите покажуваат дека стапката на судирна јонизација на мултипликаторскиот слој може да се подобри со воведување на структури на суперрешетка InGaAs (P) /InAlAs и In (Al) GaAs/InAlAs. Со користење на структурата на суперрешетката, инженерството на лентите може вештачки да го контролира асиметричниот дисконтинуитет на работ на лентот помеѓу вредностите на спроводливата лента и валентната лента и да обезбеди дисконтинуитетот на спроводливата лента да биде многу поголем од дисконтинуитетот на валентната лента (ΔEc>>ΔEv). Во споредба со материјалите во големи количини InGaAs, стапката на јонизација на електрони на квантниот бунар InGaAs/InAlAs (a) е значително зголемена, а електроните и дупките добиваат дополнителна енергија. Поради ΔEc>>ΔEv, може да се очекува дека енергијата добиена од електроните ја зголемува стапката на јонизација на електроните многу повеќе отколку придонесот на енергијата на дупката кон стапката на јонизација на дупката (b). Односот (k) на стапката на јонизација на електроните кон стапката на јонизација на дупката се зголемува. Затоа, висок производ на засилување-пропусен опсег (GBW) и перформанси со низок шум може да се добијат со примена на структури на суперрешетка. Сепак, оваа структура на квантниот бунар InGaAs/InAlAs APD, која може да ја зголеми вредноста k, е тешко да се примени кај оптичките приемници. Ова е затоа што факторот на мултипликатор што влијае на максималната одзивност е ограничен од темната струја, а не од мултипликаторскиот шум. Во оваа структура, темната струја е главно предизвикана од ефектот на тунелирање на слојот на бунарот InGaAs со тесен енергетски јаз, па затоа воведувањето на кватернерна легура со широк енергетски јаз, како што се InGaAsP или InAlGaAs, наместо InGaAs како слој на бунарот од квантната структура на бунарот може да ја потисне темната струја.
Време на објавување: 13 ноември 2023 година