Abstraktne: Laviini fotodetektori põhistruktuur ja tööpõhimõte (APD fotodetektor) tutvustatakse, analüüsitakse seadme struktuuri arenguprotsessi, tehakse kokkuvõte praegusest uurimisseisust ja uuritakse APD edasist arengut.
1. Sissejuhatus
Fotodetektor on seade, mis muudab valgussignaalid elektrilisteks signaalideks. Aastal apooljuhtfotodetektor, siseneb langeva footoni poolt ergastatud fotoga genereeritud kandja rakendatud eelpinge all välisesse vooluringi ja moodustab mõõdetava fotovoolu. Isegi maksimaalse reageerimisvõime korral suudab PIN-fotodiood toota ainult paar elektronaugu paari, mis on sisemise võimenduseta seade. Suurema reageerimisvõime saavutamiseks võib kasutada laviini fotodioodi (APD). APD võimendusefekt fotovoolule põhineb ionisatsiooni kokkupõrke efektil. Teatud tingimustel võivad kiirendatud elektronid ja augud saada piisavalt energiat, et võrega kokku põrkuda, et tekitada uus elektron-augu paari paar. See protsess on ahelreaktsioon, nii et valguse neeldumisel tekkiv elektron-augu paaride paar võib tekitada suure hulga elektron-augu paare ja moodustada suure sekundaarse fotovoolu. Seetõttu on APD-l kõrge reageerimisvõime ja sisemine võimendus, mis parandab seadme signaali-müra suhet. APD-d kasutatakse peamiselt kaug- või väiksemates kiudoptilistes sidesüsteemides, millel on muud vastuvõetud optilise võimsuse piirangud. Praegu on paljud optiliste seadmete eksperdid APD väljavaadete suhtes väga optimistlikud ja leiavad, et APD uurimine on vajalik seotud valdkondade rahvusvahelise konkurentsivõime tõstmiseks.
2. Tehniline arenglaviini fotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Materjalid
(1)Si fotodetektor
Si materjalitehnoloogia on mikroelektroonika valdkonnas laialdaselt kasutatav tehnoloogia, kuid see ei sobi optilise side valdkonnas üldiselt aktsepteeritud seadmete valmistamiseks lainepikkuste vahemikus 1,31 mm ja 1,55 mm.
(2) Ge
Kuigi Ge APD spektraalreaktsioon sobib valguskiu ülekande väikese kadu ja madala dispersiooni nõuetele, on ettevalmistusprotsessis suuri raskusi. Lisaks on Ge elektronide ja aukude ionisatsioonikiiruse suhe lähedane () 1-le, mistõttu on raske valmistada suure jõudlusega APD seadmeid.
(3) In0,53Ga0,47As/InP
Tõhus meetod on valida APD valguse neeldumiskihiks In0.53Ga0.47As ja kordaja kihiks InP. Materjali In0,53Ga0,47As neeldumispiik on 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm lainepikkus on umbes 104 cm-1 kõrge neeldumistegur, mis on praegu eelistatud materjal valgusdetektori neeldumiskihi jaoks.
(4)InGaAs fotodetektor/Sissefotodetektor
Valides valgust neelavaks kihiks InGaAsP ja kordajakihiks InP, saab valmistada APD, mille reaktsioonilainepikkus on 1–1,4 mm, kõrge kvantefektiivsus, madal tumevool ja suur laviinivõimendus. Erinevate sulamikomponentide valimisel saavutatakse parim jõudlus teatud lainepikkustel.
(5)InGaAs/InAlAs
In0,52Al0,48As materjalil on ribavahe (1,47 eV) ja see ei neeldu lainepikkuste vahemikus 1,55 mm. On tõendeid selle kohta, et õhuke In0, 52Al0, 48As epitaksiaalne kiht võib puhta elektroni süstimise korral saada paremaid võimendusomadusi kui InP korduskihina.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ja InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Materjalide ionisatsioonikiirus on oluline tegur, mis mõjutab APD jõudlust. Tulemused näitavad, et kordaja kihi kokkupõrke ionisatsioonikiirust saab parandada InGaAs (P) /InAlAs ja In (Al) GaAs / InAlAs supervõre struktuuride sisseviimisega. Supervõre struktuuri kasutades saab ribade projekteerimine kunstlikult juhtida asümmeetrilise riba serva katkestust juhtivusriba ja valentsriba väärtuste vahel ning tagada, et juhtivusriba katkestus on palju suurem kui valentsriba katkestus (ΔEc>> ΔEv). Võrreldes InGaAs puistematerjalidega on InGaAs / InAlAs kvantkaevu elektronionisatsiooni kiirus ( a ) märkimisväärselt suurenenud ning elektronid ja augud saavad lisaenergiat. ΔEc>>ΔEv tõttu võib eeldada, et elektronide poolt saadav energia suurendab elektronide ionisatsioonikiirust palju rohkem kui augu energia panus augu ionisatsioonikiirusesse (b). Elektronide ionisatsiooni kiiruse ja augu ionisatsiooni kiiruse suhe (k) suureneb. Seetõttu saab ülivõrestruktuuride rakendamisel saavutada suure võimenduse ribalaiuse (GBW) ja madala mürataseme. Seda InGaAs / InAlAs kvantkaevu struktuuri APD, mis võib suurendada k väärtust, on aga optiliste vastuvõtjate puhul keeruline rakendada. Seda seetõttu, et maksimaalset reageerimisvõimet mõjutavat kordajat piirab tumevool, mitte kordaja müra. Selles struktuuris põhjustab tume voolu peamiselt kitsa ribavahega InGaAs kaevukihi tunneliefekt, seega kasutatakse kaevukihina InGaAs asemel lairibavahega kvaternaarset sulamit, nagu InGaAsP või InAlGaAs. Kvantkaevu struktuur võib tumedat voolu maha suruda.
Postitusaeg: 13.11.2023