Tiivistelmä: Avalanche Fotodetectorin perusrakenne ja työperiaate (APD -valodetektori) Otetaan käyttöön, laitteen rakenteen evoluutioprosessi analysoidaan, nykyinen tutkimustila on esitetty yhteenvetona ja APD: n tulevaisuuden kehitystä tutkitaan tulevaisuudennäkymästi.
1. Johdanto
Valodetektori on laite, joka muuntaa valonsignaalit sähkösignaaleiksi. Apuolijohde valodetektori, tulevan fotonin virittämä valokuvan tuotettu kantolaite tulee ulkoiseen piiriin sovelletun esijännitteen alla ja muodostaa mitattavan valovirran. Jopa enimmäisvasteessa, PIN-fotodiodi voi tuottaa korkeintaan parin elektronireiän paria, mikä on laite ilman sisäistä vahvistusta. Suuremman reagointia varten voidaan käyttää lumivyöryn fotodiodia (APD). APD: n monistusvaikutus valovirtaan perustuu ionisaation törmäysvaikutukseen. Tietyissä olosuhteissa kiihdytetyt elektronit ja reiät voivat saada tarpeeksi energiaa törmäämään hilan kanssa uuden elektronireiän parin tuottamiseksi. Tämä prosessi on ketjureaktio, joten kevyellä absorptiolla tuotetut elektronireiän parit voivat tuottaa suuren määrän elektronireiän pareja ja muodostaa suuren sekundaarisen valovirran. Siksi APD: llä on korkea reagointikyky ja sisäinen voitto, mikä parantaa laitteen signaali-kohinasuhdetta. APD: tä käytetään pääasiassa pitkän matkan tai pienempien optisten kuitujen viestintäjärjestelmien kanssa, joilla on muita vastaanotetun optisen tehon rajoituksia. Tällä hetkellä monet optiset laitteen asiantuntijat suhtautuvat erittäin optimistisiin APD: n näkymiin ja uskovat, että APD: n tutkimus on välttämätöntä vastaavien alojen kansainvälisen kilpailukyvyn parantamiseksi.
2. Tekninen kehityslumivyöry(APD Photodetector)
2.1 Materiaalit
(1)SI -valodetektori
SI -materiaalitekniikka on kypsä tekniikka, jota käytetään laajasti mikroelektroniikan alalla, mutta se ei sovellu laitteiden valmistukseen aallonpituusalueella 1,31 mm ja 1,55 mm, jotka on yleisesti hyväksytty optisen viestinnän alalla.
(2) GE
Vaikka GE APD: n spektrivaste on sopiva alhaisen menetyksen ja alhaisen dispersion vaatimuksiin optisen kuidunsiirrossa, valmistusprosessissa on suuria vaikeuksia. Lisäksi GE: n elektronien ja reikien ionisaationopeussuhde on lähellä () 1, joten korkean suorituskyvyn APD-laitteiden valmistelu on vaikeaa.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
Se on tehokas menetelmä IN0.53GA0.47: n valitsemiseksi APD: n ja INP: n valon absorptiokerroksena kertoimena. IN0.53Ga0.47As-materiaalin absorptiopiikki on 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm: n aallonpituus on noin 104 cm-1 korkea absorptiokerroin, joka on tällä hetkellä edullinen materiaali valonilmaisimen absorptiokerrokselle.
(4)Ingaas -valodetektori/fotodetektori
Valitsemalla IngAasp valon absorboivaksi kerrokseksi ja INP: ksi kerroskerroksena, APD vaste-aallonpituudella 1-1,4 mm, korkea kvanttitehokkuus, voidaan valmistaa matala tummavirta ja korkea lumivyöryvahvi. Valitsemalla erilaiset seoskomponentit, saavutetaan paras suorituskyky tietyille aallonpituuksille.
(5) Ingaas/Inalas
IN0.52AL0.48A -materiaalilla on kaistaväli (1,47eV), eikä se absorboi aallonpituusalueella 1,55 mm. On näyttöä siitä, että ohut in0.52al0.48As epitaksiaalikerros voi saada parempia vahvistuksen ominaisuuksia kuin INP monimuotoisena kerroksena puhtaan elektronien injektion olosuhteissa.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas ja Ingaas/In (Al) Gaas/INALAS
Materiaalien vaikutusten ionisaatioaste on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa APD: n suorituskykyyn. Tulokset osoittavat, että kerroskerroksen törmäys ionisaatiota voidaan parantaa ottamalla käyttöön InGAA: t (P) /INALAS ja (AL) GAAS /Inalas -superlattice -rakenteet. Superlattice -rakennetta käyttämällä banditekniikka voi keinotekoisesti hallita epäsymmetristä kaistan reunan epäjatkuvuutta johtamiskaistan ja valenssikaistan arvojen välillä ja varmistaa, että johtavuuskaistan epäjatkuvuus on paljon suurempi kuin valenssikaistan epäjatkuvuus (ΔEC >> ΔEV). Ingaas -irtotavaramateriaaleihin verrattuna Ingaas/Inalas Quantum Well -elektronien ionisaationopeus (A) on lisääntynyt merkittävästi ja elektronit ja reiät saavat ylimääräistä energiaa. ΔEC >> ΔeV: n takia voidaan odottaa, että elektronien avulla saatu energia lisää elektronien ionisaationopeutta paljon enemmän kuin reikäenergian vaikutusta reikien ionisaationopeuteen (b). Elektronien ionisaationopeuden ja reikion ionisaatiotaajuuden suhde (k) kasvaa. Siksi korkea vahvistuskaistanleveystuote (GBW) ja alhainen kohinan suorituskyky voidaan saada soveltamalla superlattice-rakenteita. Tätä Ingaas/Inalas Quantum Well -rakenne APD, joka voi lisätä K -arvoa, on vaikea soveltaa optisiin vastaanottimiin. Tämä johtuu siitä, että pimeä virta rajoittaa kertoimen, joka vaikuttaa suurimpaan reaktiivisuuteen, ei kertoimen kohina. Tässä rakenteessa tumma virta johtuu pääasiassa Ingaas-kaivokerroksen tunnelointivaikutuksesta kapealla kaistavälillä, joten leveä kaistaisen raon kvaternääriseoksen, kuten Ingap- tai Inalgaas, käyttöönotto InGaA: ien sijasta, koska kvanttikokokaivojen rakenteen kaivokerros voi tukahduttaa tumman virran.
Viestin aika: marraskuu-13-2023