Sammendrag: Den grunnleggende strukturen og arbeidsprinsippet for Avalanche Photodetector (APD fotodetektor) blir introdusert, evolusjonsprosessen til enhetsstrukturen analyseres, den nåværende forskningsstatusen er oppsummert, og den fremtidige utviklingen av APD er prospektivt studert.
1. Innledning
En fotodetektor er en enhet som konverterer lyssignaler til elektriske signaler. I enhalvlederfotodetektor, den fotogenererte transportøren som er begeistret av den hendelsesfotonen, kommer inn i den ytre kretsen under den påførte forspenningsspenningen og danner en målbar lysstrøm. Selv ved maksimal respons, kan en PIN-fotodiode bare produsere et par elektronhullpar på det meste, som er en enhet uten intern forsterkning. For større respons kan en snøskred fotodiode (APD) brukes. Amb -effekten av APD på lysstrømmen er basert på ioniseringskollisjonseffekten. Under visse forhold kan de akselererte elektronene og hullene få nok energi til å kollidere med gitteret for å produsere et nytt par elektronhullpar. Denne prosessen er en kjedereaksjon, slik at paret med elektronhullspar generert av lysabsorpsjon kan gi et stort antall elektronhullpar og danne en stor sekundær fotururrent. Derfor har APD høy respons og intern gevinst, noe som forbedrer signal-til-støy-forholdet til enheten. APD vil hovedsakelig brukes i langdistanse eller mindre optiske fiberkommunikasjonssystemer med andre begrensninger på den mottatte optiske kraften. For tiden er mange eksperter på optiske enheter veldig optimistiske med hensyn til utsiktene til APD, og mener at forskningen til APD er nødvendig for å styrke den internasjonale konkurranseevnen til relaterte felt.
2. Teknisk utvikling avAvalanche fotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Materialer
(1)Si Photodetector
SI -materialteknologi er en moden teknologi som er mye brukt innen mikroelektronikk, men den er ikke egnet for fremstilling av enheter i bølgelengdeområdet 1,31 mm og 1,55 mm som generelt er akseptert innen optisk kommunikasjon.
(2) GE
Selv om den spektrale responsen til GE APD er egnet for kravene til lavt tap og lav spredning i optisk fiberoverføring, er det store vanskeligheter i forberedelsesprosessen. I tillegg er GEs elektron- og hullioniseringshastighetsforhold nær () 1, så det er vanskelig å forberede APD-enheter med høy ytelse.
(3) In0.53GA0.47AS/INP
Det er en effektiv metode å velge IN0.53GA0.47As som lysabsorpsjonslaget til APD og INP som multiplikatorlag. Absorpsjonstoppen på In0.53GA0.47As materiale er 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm bølgelengde er omtrent 104 cm-1 høy absorpsjonskoeffisient, som er det foretrukne materialet for absorpsjonslaget av lysdetektor for tiden.
(4)Ingaas Photodetector/Ifotodetektor
Ved å velge Ingaasp som lysabsorberende lag og INP som multiplikatorlag, kan APD med en responsbølgelengde på 1-1,4 mm, høy kvanteeffektivitet, lav mørk strøm og høy snøskredforsterkning utarbeides. Ved å velge forskjellige legeringskomponenter oppnås den beste ytelsen for spesifikke bølgelengder.
(5) Ingaas/inalas
In0.52Al0.48As materiale har et båndgap (1.47EV) og absorberer ikke i bølgelengdeområdet 1,55mm. Det er bevis på at tynt in0.52Al0.48As epitaksialt lag kan oppnå bedre forsterkningsegenskaper enn INP som et multiplikatorlag under tilstand av ren elektroninjeksjon.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas og Ingaas/In (Al) Gaas/Inalas
Effektioniseringshastigheten for materialer er en viktig faktor som påvirker ytelsen til APD. Resultatene viser at kollisjonsioniseringshastigheten til multiplikatorlaget kan forbedres ved å innføre Ingaas (P) /Inalas og i (Al) Gaas /Inalas superlattkonstruksjoner. Ved å bruke Superlattice -strukturen, kan båndteknikk kunstig kontrollere det asymmetriske båndkantdiskontinuiteten mellom ledningsbåndet og valensbåndverdiene, og sikre at ledningsbåndet diskontinuitet er mye større enn valensbåndets diskontinuitet (ΔEC >> ΔEV). Sammenlignet med Ingaas bulkmaterialer, økes Ingaas/Inalas kvantebrønnelektronioniseringshastighet (a) betydelig, og elektroner og hull får ekstra energi. På grunn av ΔEC >> ΔEV, kan det forventes at energien oppnådd av elektroner øker elektronioniseringshastigheten mye mer enn bidraget til hullenergi til hullioniseringshastighet (B). Forholdet (k) for elektronioniseringshastighet til hullioniseringshastighet øker. Derfor kan høye gevinst-båndbreddeprodukt (GBW) og lav støyytelse oppnås ved å bruke superlattkonstruksjoner. Imidlertid er denne Ingaas/Inalas kvantebrønnstruktur APD, som kan øke K -verdien, vanskelig å gjelde for optiske mottakere. Dette er fordi multiplikatorfaktoren som påvirker den maksimale responsen er begrenset av den mørke strømmen, ikke multiplikatorstøyen. I denne strukturen er den mørke strømmen hovedsakelig forårsaket av tunnelingseffekten av Ingaas-brønnlaget med et smalt båndgap, så introduksjonen av en bredbåndsgap kvartær legering, for eksempel Ingaasp eller Inalgaas, i stedet for InGaas som brønnlaget til kvantebrønnstrukturen kan undertrykke den mørke strømmen.
Post Time: Nov-13-2023