Апстракт: Основната структура и принципот на работа на фотодетекторот за лавина (APD фотодетектор) се воведуваат, се анализира процесот на еволуција на структурата на уредот, се сумира тековниот статус на истражување и перспективно се проучува идниот развој на APD.
1. Вовед
Фотодетектор е уред кој ги претвора светлосните сигнали во електрични сигнали.Вополупроводнички фотодетектор, фото-генерираниот носач возбуден од инцидентниот фотон влегува во надворешното коло под применетиот напон на пристрасност и формира мерлива фотоструја.Дури и при максимална одзивност, PIN фотодиодата може да произведе само пар парови електрони-дупки најмногу, што е уред без внатрешно засилување.За поголема одзивност, може да се користи лавина фотодиода (APD).Ефектот на засилување на APD на фотоструја се заснова на ефектот на судир на јонизација.Под одредени услови, забрзаните електрони и дупки можат да добијат доволно енергија за да се судрат со решетката за да создадат нов пар на парови електрон-дупки.Овој процес е верижна реакција, така што парот на парови електрон-дупки генерирани со апсорпција на светлина може да произведе голем број на парови електрон-дупки 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 или помали оптички влакна со други ограничувања на добиената оптичка моќност.Во моментов, многу експерти за оптички уреди се многу оптимисти за изгледите на APD и веруваат дека истражувањето на APD е неопходно за да се подобри меѓународната конкурентност на сродни области.
2. Технички развој нафотодетектор за лавина(APD фотодетектор)
2.1 Материјали
(1)Si фотодетектор
Технологијата на материјалот Si е зрела технологија која е широко користена во областа на микроелектрониката, но не е погодна за подготовка на уреди во опсегот на бранова должина од 1,31mm и 1,55mm кои се општо прифатени во областа на оптичката комуникација.
(2) Ге
Иако спектралниот одговор на Ge APD е погоден за барањата за мала загуба и мала дисперзија при пренос на оптички влакна, постојат големи тешкотии во процесот на подготовка.Покрај тоа, соодносот на брзината на јонизација на електроните и дупките на Ge е блиску до () 1, па затоа е тешко да се подготват APD уреди со високи перформанси.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Ефективен метод е да се избере In0.53Ga0.47As како слој за апсорпција на светлина на APD и InP како слој на мултипликатор.Врвот на апсорпција на материјалот In0.53Ga0.47As е 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm бранова должина е околу 104 cm-1 висок коефициент на апсорпција, што е претпочитан материјал за слојот за апсорпција на светлосниот детектор во моментов.
(4)Фотодетектор InGaAs/Вофотодетектор
Со избирање на InGaAsP како слој што апсорбира светлина и InP како слој на мултипликатор, може да се подготви APD со бранова должина на одговор од 1-1,4 mm, висока квантна ефикасност, мала темна струја и голема добивка од лавина.Со избирање на различни компоненти од легура, се постигнуваат најдобри перформанси за одредени бранови должини.
(5)InGaAs/InAlAs
Материјалот In0.52Al0.48As има бенд јаз (1,47eV) и не апсорбира во опсегот на бранова должина од 1,55mm.Постојат докази дека тенкиот епитаксијален слој In0.52Al0.48As може да добие подобри карактеристики на засилување од InP како мултипликаторски слој под услов на чисто вбризгување на електрони.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs и InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Стапката на јонизација на влијанието на материјалите е важен фактор што влијае на перформансите на APD.Резултатите покажуваат дека стапката на јонизација на судир на множителскиот слој може да се подобри со воведување на суперрешетки структури InGaAs (P) /InAlAs и In (Al) GaAs/InAlAs.Со користење на структурата на суперрешетката, инженерството на бендот може вештачки да го контролира дисконтинуитетот на асиметричниот раб помеѓу опсегот на спроводливост и вредностите на валентниот опсег, и да осигура дека дисконтинуитетот на проводниот опсег е многу поголем од дисконтинуитетот на валентниот опсег (ΔEc>>ΔEv).Во споредба со масовните материјали InGaAs, стапката на јонизација на електрони во квантната бунар InGaAs/InAlAs (а) 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 од придонесот на енергијата на дупката во стапката на јонизација на дупката (б).Се зголемува односот (k) на брзината на јонизација на електрони и брзината на јонизација на дупката.Затоа, производ со висок пропусен опсег (GBW) и перформанси со низок шум може да се добијат со примена на суперрешетки структури.Сепак, оваа InGaAs/InAlAs квантна структура на бунарот APD, која може да ја зголеми вредноста на k, е тешко да се примени на оптичките приемници.Тоа е затоа што факторот на мултипликатор што влијае на максималната одзивност е ограничен од темната струја, а не од шумот на мултипликаторот.Во оваа структура, темната струја главно е предизвикана од ефектот на тунелирање на слојот на бунарот InGaAs со тесен појас на јаз, така што воведувањето на кватернерна легура со широк опсег, како што се InGaAsP или InAlGaAs, наместо InGaAs како слој на бунарот. од структурата на квантниот бунар може да ја потисне темната струја.
Време на објавување: 13-13-2023 година