Abstrakt: Základná štruktúra a pracovný princíp lavínového fotodetektora (Fotodetektor APD) sú zavedené, analyzuje sa proces evolúcie štruktúry zariadenia, je zhrnutý súčasný stav výskumu a budúci vývoj APD je prospektívne študovaný.
1. Úvod
Fotodetektor je zariadenie, ktoré premieňa svetelné signály na elektrické signály. V apolodetektor, foto generovaný nosič nadšený dopadajúcim fotónom vstupuje do vonkajšieho obvodu pod aplikovaným predpätím a tvorí merateľný fotoprúd. Dokonca aj pri maximálnej citlivosti môže PIN fotodióda produkovať nanajvýš dvojicu párov elektrónových otvorov, čo je zariadenie bez vnútorného zisku. Pre väčšiu citlivosť je možné použiť lavínovú fotodiódu (APD). Amplifikačný účinok APD na fotoprúd je založený na ionizačnom zrážke. Za určitých podmienok môžu zrýchlené elektróny a diery získať dostatok energie na zrážanie s mriežkou, aby sa vytvoril nový pár párov elektrónových otvorov. Tento proces je reťazovou reakciou, takže pár párov elektrónových otvorov generovaných absorpciou svetla môže produkovať veľké množstvo párov elektrónových otvorov a tvoriť veľký sekundárny fotoprúd. Preto má APD vysokú citlivosť a vnútorný zisk, ktorý zlepšuje pomer signálu k šumu. APD sa bude používať hlavne v diaľkových alebo menších komunikačných systémoch optických vlákien s inými obmedzeniami prijatej optickej energie. V súčasnosti je mnohí odborníci na optické zariadenia veľmi optimistické, pokiaľ ide o vyhliadky APD, a verí, že výskum APD je potrebný na zvýšenie medzinárodnej konkurencieschopnosti súvisiacich oblastí.
2. Technický rozvojlavínový fotodetektor(Fotodetektor APD)
2.1 Materiály
(1)Fotodetektor
Technológia materiálu SI je zrelá technológia, ktorá sa široko používa v oblasti mikroelektroniky, ale nie je vhodná na prípravu zariadení v rozsahu vlnových dĺžok 1,31 mm a 1,55 mm, ktoré sú všeobecne akceptované v oblasti optickej komunikácie.
(2) GE
Aj keď spektrálna reakcia GE APD je vhodná pre požiadavky nízkej straty a nízkej disperzie pri prenose optických vlákien, v procese prípravy existujú veľké ťažkosti. Okrem toho je pomer rýchlosti ionizácie elektrónov a otvorov GE blízko () 1, takže je ťažké pripraviť vysoko výkonné zariadenia APD.
(3) IN0,53GA0,47AS/INP
Je to účinná metóda, ako vybrať IN0.53GA0.47A ako absorpciu svetla APD a INP ako multiplikátorovú vrstvu. Absorpčný vrchol materiálu IN0,53GA0.47AS je 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm vlnová dĺžka, je asi 104 cm-1 vysoký absorpčný koeficient, ktorý je preferovaným materiálom pre absorpčnú vrstvu detektora svetla v súčasnosti.
(4)Ingaas fotodetektor/fotodetektor
Výberom InGAASP ako vrstvy absorbujúcej svetlo a INP ako multiplikačnej vrstve je možné pripraviť APD s vlnovou dĺžkou odozvy 1-1,4 mm, vysokou kvantovou účinnosťou, nízkym tmavým prúdom a vysokým prírastkom lavíny. Výberom rôznych zliatinových komponentov sa dosiahne najlepší výkon pre konkrétne vlnové dĺžky.
(5) Ingaas/Inalas
Materiál IN0.52AL0.48AS má medzeru v pásme (1,47EV) a neabsorbuje sa v rozsahu vlnových dĺžok 1,55 mm. Existujú dôkazy, že tenká epitaxná vrstva IN0.52AL0.48AS môže získať lepšie charakteristiky zisku ako Inp ako multiplikátorová vrstva pod podmienkou čistého vstrekovania elektrónov.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas a Ingaas/In (Al) Gaas/Inalas
Miera ionizácie materiálov vplyvu je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim výkonnosť APD. Výsledky ukazujú, že miera kolíznej ionizácie multiplikátorovej vrstvy sa môže zlepšiť zavedením superlattických štruktúr Ingaas (P) /Inalas a v (Al) GaAS /Inalas Superlattice. Použitím štruktúry Superlattice môže pásové inžinierstvo umelo ovládať diskontinuitu asymetrického pásového okraja medzi hodnotami vodivého pásma a hodnôt valenčného pásma a zabezpečiť, aby diskontinuita vodivého pásma bola oveľa väčšia ako diskontinuita valencie (AEC >> AEV). V porovnaní s hromadnými materiálmi InGAAS sa výrazne zvýši rýchlosť INGAA/INALAS Quantum Quantum Elektrónová ionizácia (A) a elektróny a diery získavajú ďalšiu energiu. V dôsledku AEC >> AV sa dá očakávať, že energia získaná elektrónmi zvyšuje rýchlosť elektrónovej ionizácie oveľa viac ako príspevok energie diery k rýchlosti ionizácie otvorov (B). Pomer (k) rýchlosti ionizácie elektrónov k rýchlosti ionizácie dier sa zvyšuje. Preto je možné získať produkt s vysokým obsahom šírky v oblasti zisku (GBW) a nízky hlukový výkon použitím superlattických štruktúr. Tento APD s kvantovou vrstvou Ingaas/Inalas Quantum, ktorý môže zvýšiť hodnotu K, je však ťažké uplatniť na optické prijímače. Dôvodom je skutočnosť, že multiplikačný faktor, ktorý ovplyvňuje maximálnu citlivosť, je obmedzený temným prúdom, nie multiplikátorovým šumom. V tejto štruktúre je tmavý prúd spôsobený hlavne tunelovým účinkom vrstvy VAS Well s úzkou medzerou v pásme, takže zavedenie širokopásmovej kvartérnej zliatiny medzery, ako je InGAASP alebo inalgaas, namiesto InGAA, ako je vrstva vrstvy kvantovej studne, môže potlačiť tmavý prúd.
Čas príspevku: november 13-2023