Özet: Çığ Photodetector'ın temel yapısı ve çalışma prensibi (APD Photodetector) tanıtıldı, cihaz yapısının evrim süreci analiz edilir, mevcut araştırma durumu özetlenir ve APD'nin gelecekteki gelişimi prospektif olarak incelenir.
1. Giriş
Fotodetektör, ışık sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştüren bir cihazdır. Biryarı iletken fotodetektör, Foto tarafından oluşturulan taşıyıcı, olay foton tarafından uyarılır, uygulanan önyargı voltajı altına harici devreye girer ve ölçülebilir bir foto akım oluşturur. Maksimum duyarlılıkta bile, bir pim fotodiyot en fazla bir çift elektron delik çifti üretebilir, bu da dahili kazançsız bir cihazdır. Daha fazla yanıt verme için bir çığ fotodiyot (APD) kullanılabilir. APD'nin foto akım üzerindeki amplifikasyon etkisi iyonizasyon çarpışma etkisine dayanmaktadır. Belirli koşullar altında, hızlandırılmış elektronlar ve delikler, yeni bir çift elektron delik çifti üretmek için kafesle çarpışacak kadar enerji elde edebilir. Bu işlem bir zincir reaksiyonudur, böylece ışık emilimi ile üretilen elektron deliği çifti çok sayıda elektron delik çifti üretebilir ve büyük bir ikincil foto akım oluşturabilir. Bu nedenle, APD, cihazın sinyal-gürültü oranını iyileştiren yüksek duyarlılığa ve dahili kazanca sahiptir. APD esas olarak alınan optik güç üzerinde diğer sınırlamalarla uzun mesafeli veya daha küçük optik fiber iletişim sistemlerinde kullanılacaktır. Şu anda, birçok optik cihaz uzmanı APD beklentileri konusunda çok iyimserdir ve ilgili alanların uluslararası rekabet gücünü artırmak için APD araştırmasının gerekli olduğuna inanmaktadır.
2. Teknik GelişimÇığ Photodetector(APD Photodetector)
2.1 Malzeme
(1)SI Photodetector
SI malzeme teknolojisi, mikroelektronik alanında yaygın olarak kullanılan olgun bir teknolojidir, ancak genellikle optik iletişim alanında kabul edilen 1.31mm ve 1.55mm dalga boyu aralığında cihazların hazırlanması için uygun değildir.
(2) GE
GE APD'nin spektral yanıtı, optik fiber iletimde düşük kayıp ve düşük dağılım gereksinimleri için uygun olsa da, hazırlık sürecinde büyük zorluklar vardır. Ek olarak, GE'nin elektron ve delik iyonizasyon oranı oranı () 1'e yakındır, bu nedenle yüksek performanslı APD cihazları hazırlamak zordur.
(3) In0.53GA0.47AS/INP
APD'nin ışık emme tabakası olarak IN0.53GA0.47A'ları seçmek ve çarpan tabakası olarak INP'yi seçmek etkili bir yöntemdir. IN0.53GA0.47AS malzemesinin emme zirvesi 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm dalga boyu, şu anda ışık detektörünün emme tabakası için tercih edilen malzeme olan yaklaşık 104cm-1 yüksek emilim katsayısıdır.
(4)Ingaas Photodetector/İçindefotodetektör
Işık emici katman olarak Ingaasp'ı seçerek ve çarpan katman olarak inp seçilerek, 1-1.4 mm, yüksek kuantum verimliliği, düşük karanlık akım ve yüksek çığ kazancı yanıt dalga boyu ile APD hazırlanabilir. Farklı alaşım bileşenleri seçilerek, belirli dalga boyları için en iyi performans elde edilir.
(5) ingaas/inalas
In0.52Al0.48As malzemesi bir bant boşluğuna (1.47EV) sahiptir ve 1.55mm dalga boyu aralığında emmez. İnce in0.52Al0.48A epitaksiyal tabakasının, saf elektron enjeksiyonu altında bir çarpıcı tabakası olarak INP'den daha iyi kazanç özellikleri elde edebileceğine dair kanıtlar vardır.
(6) InGAAS/Ingaas (P)/Inalas ve Ingaas/In (Al) GaAs/Inalas
Malzemelerin etki iyonlaştırma oranı APD'nin performansını etkileyen önemli bir faktördür. Sonuçlar, çarpan tabakanın çarpışma iyonizasyon oranının, inGaA'lar (p) /inalas ve (al) GaAs /Inalas süper tabakası yapıları eklenerek geliştirilebileceğini göstermektedir. Superlattice yapısını kullanarak, bant mühendisliği, iletim bandı ile değerlik bandı değerleri arasındaki asimetrik bant kenar süreksizliğini yapay olarak kontrol edebilir ve iletim bandı süreksizliğinin değerlik bandı süreksizliğinden (ΔEC >> ΔEV) çok daha büyük olmasını sağlayabilir. InGAAS dökme malzemelerle karşılaştırıldığında, IngAAs/Inalas kuantum kuyu elektron iyonizasyon hızı (a) önemli ölçüde artar ve elektronlar ve delikler ekstra enerji kazanır. ΔEC >> ΔEV nedeniyle, elektronlar tarafından kazanılan enerjinin elektron iyonizasyon oranını delik enerjisinin delik iyonizasyon oranına (b) katkısından çok daha fazla artırması beklenebilir. Elektron iyonizasyon oranının delik iyonizasyon oranına oranı (k) artar. Bu nedenle, yüksek kazanç bant genişliği ürünü (GBW) ve düşük gürültü performansı, süper tabak yapıları uygulanarak elde edilebilir. Bununla birlikte, K değerini artırabilen bu InGAAS/Inalas kuantum kuyusu yapısı APD'nin optik alıcılar için uygulanması zordur. Bunun nedeni, maksimum yanıt vermeyi etkileyen çarpan faktörünün, çarpan gürültüsü değil, karanlık akımla sınırlı olmasıdır. Bu yapıda, karanlık akım esas olarak INGAAS kuyu tabakasının dar bir bant boşluğuna sahip tünelleme etkisinden kaynaklanır, bu nedenle ingAAs veya inalgaas gibi geniş bant boşluğu kuaterner alaşımının tanıtılması, inGAA'lar yerine ve kuantum kuyusu yapısının kuyu tabakası karanlık akımı bastırabilir.
Gönderme Zamanı:-13-13-2023