Izvleček: osnovna struktura in delovno načelo fotodetektorja plazov (APD fotodetektor) se uvedejo, analiziramo proces evolucije strukture naprave, trenutni status raziskave je povzet, prihodnji razvoj APD pa je v prihodnosti preučen.
1. uvod
Fotodetektor je naprava, ki pretvori svetlobne signale v električne signale. V apolprevodniški fotodetektor, Foto-ustvarjen nosilec, ki ga vzbudi vpadni foton, vstopi v zunanje vezje pod napetostjo uporabljene pristranskosti in tvori merljiv fototok. Tudi pri največji odzivnosti lahko fotodioda PIN ustvari le par parov elektronov, kar je naprava brez notranjega dobička. Za večjo odzivnost je mogoče uporabiti plazovo fotodiodo (APD). Učinek amplifikacije APD na fototok temelji na učinku trka ionizacije. Pod določenimi pogoji lahko pospešeni elektroni in luknje pridobijo dovolj energije, da trčijo v rešetko, da ustvarijo nov par parov elektronov. Ta postopek je verižna reakcija, tako da lahko par parov elektronov, ki nastanejo z absorpcijo svetlobe, lahko ustvari veliko število parov elektronov in tvori velik sekundarni fototok. Zato ima APD visoko odzivnost in notranji dobiček, kar izboljšuje razmerje med signalom in šumom naprave. APD se bo uporabljal predvsem v komunikacijskih sistemih na dolge razdalje ali manjših optičnih vlaken z drugimi omejitvami na prejeti optični moči. Trenutno so številni strokovnjaki za optične naprave zelo optimistični glede možnosti APD in verjamejo, da so raziskave APD potrebne za izboljšanje mednarodne konkurenčnosti povezanih področij.
2. Tehnični razvojPhotodetektor plazov(APD fotodetektor)
2.1 Materiali
(1)SI fotodetektor
SI materialna tehnologija je zrela tehnologija, ki se pogosto uporablja na področju mikroelektronike, vendar ni primerna za pripravo naprav v območju valovne dolžine 1,31 mm in 1,55 mm, ki so splošno sprejeti na področju optične komunikacije.
(2) GE
Čeprav je spektralni odziv GE APD primeren za zahteve nizke izgube in nizke disperzije pri prenosu optičnih vlaken, obstajajo velike težave v postopku priprave. Poleg tega je razmerje med hitrostjo ionizacije elektronov in lukenj GE blizu () 1, zato je težko pripraviti visokozmogljive naprave APD.
(3) In0.53GA0.47AS/INP
Učinkovita metoda je izbrati in0.53GA0.47AS kot plast absorpcije svetlobe APD in INP kot multiplikacijsko plast. Absorpcijski najvišji material in0.53GA0.47AS je 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm valovna dolžina približno 104cm-1 visok koeficient absorpcije, kar je najprimernejši material za absorpcijski sloj lahkega detektorja.
(4)Ingaas fotodetektor/Vfotodetektor
Z izbiro InGaasp kot plasti, ki absorbira svetlobo in INP kot večkratni sloj, lahko pripravimo APD z odzivno valovno dolžino 1-1,4 mm, veliko kvantno učinkovitost, nizki temni tok in visok dobiček plazov. Z izbiro različnih komponent zlitine dosežemo najboljšo zmogljivost za določene valovne dolžine.
(5) Ingaas/Inalas
In0.52al0.48AS material ima vrzel (1,47ev) in ne absorbira v območju valovne dolžine 1,55 mm. Obstajajo dokazi, da lahko tanka in0.52al0.48AS epitaksialna plast pridobi značilnosti boljšega dobička kot INP kot multiplikatorska plast pod pogojem čiste vbrizgavanja elektronov.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas in Ingaas/in (Al) Gaas/Inalas
Stopnja ionizacije vpliva materialov je pomemben dejavnik, ki vpliva na uspešnost APD. Rezultati kažejo, da je mogoče hitrost ionizacije trka množične plasti izboljšati z uvedbo IngaAS (P) /Inalas in v (al) GAAS /Inalas Superlattice Structure. Z uporabo strukture Superlattice lahko skupinski inženiring umetno nadzoruje asimetrično diskontinuiteto pasu med prevodnim pasom in vrednostmi valenčnega pasu ter zagotavlja, da je prekinitev prevodne pasove veliko večja od prekinitve valenčnega pasu (ΔEC >> ΔEV). V primerjavi z razsutimi materiali Ingaas se je InGaas/Inalas Quantum Well Well Electron ionizacijska hitrost (A) znatno povečala, elektroni in luknje pa pridobijo dodatno energijo. Zaradi ΔEC >> ΔEV je mogoče pričakovati, da energija, pridobljena z elektroni, poveča hitrost ionizacije elektronov veliko več kot prispevek energije luknje k hitrosti ionizacije luknje (B). Razmerje (K) hitrosti ionizacije elektronov in hitrosti ionizacije luknje se poveča. Zato lahko z uporabo vrhunskih struktur pridobite izdelek z visoko pasovno širino (GBW) in nizko zmogljivost hrupa. Vendar pa je za optične sprejemnike težko uporabiti to APD Ingaas/Inalas Quantum Well Structure, ki lahko poveča vrednost k. To je zato, ker je faktor multiplikatorja, ki vpliva na največjo odzivnost, omejen s temnim tokom, ne pa multiplikatorski hrup. V tej strukturi temni tok povzroča predvsem tunelirajoči učinek plasti Ingaas Well z ozko vrzel v pasu, zato lahko vnos široke pasovne kvartarne zlitine, kot sta Ingaasp ali Inalgaas, namesto Ingaas kot vrtine plasti kvantne strukture lahko zatira temni tok.
Čas objave: november-13-2023