Abstrak: Struktur asas dan prinsip kerja photodetector Avalanche (APD Photodetector) diperkenalkan, proses evolusi struktur peranti dianalisis, status penyelidikan semasa diringkaskan, dan perkembangan masa depan APD dipelajari secara prospektif.
1. Pengenalan
Photodetector adalah peranti yang menukarkan isyarat cahaya ke dalam isyarat elektrik. Dalam aPhotodetector semikonduktor, pembawa yang dihasilkan oleh foto yang teruja oleh foton insiden memasuki litar luaran di bawah voltan bias yang digunakan dan membentuk fotokat yang boleh diukur. Walaupun pada respons maksimum, photodiode pin hanya boleh menghasilkan sepasang pasangan lubang elektron, yang merupakan peranti tanpa keuntungan dalaman. Untuk respons yang lebih besar, photodiode longsor (APD) boleh digunakan. Kesan amplifikasi APD pada fotokat adalah berdasarkan kesan perlanggaran pengionan. Di bawah keadaan tertentu, elektron dan lubang yang dipercepatkan dapat memperoleh tenaga yang cukup untuk bertembung dengan kisi untuk menghasilkan sepasang pasangan elektron baru. Proses ini adalah tindak balas rantai, supaya pasangan pasangan elektron lubang yang dihasilkan oleh penyerapan cahaya dapat menghasilkan sejumlah besar pasang elektron dan membentuk fotokat sekunder yang besar. Oleh itu, APD mempunyai respons tinggi dan keuntungan dalaman, yang meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi peranti. APD terutamanya akan digunakan dalam sistem komunikasi serat jarak jauh atau lebih kecil dengan batasan lain pada kuasa optik yang diterima. Pada masa ini, banyak pakar peranti optik sangat optimis mengenai prospek APD, dan percaya bahawa penyelidikan APD adalah perlu untuk meningkatkan daya saing antarabangsa bidang yang berkaitan.
2. Pembangunan TeknikalAvalanche Photodetector(Photodetector APD)
2.1 Bahan
(1)Si Photodetector
Teknologi bahan SI adalah teknologi matang yang digunakan secara meluas dalam bidang mikroelektronik, tetapi ia tidak sesuai untuk penyediaan peranti dalam julat panjang gelombang 1.31mm dan 1.55mm yang diterima secara umum dalam bidang komunikasi optik.
(2) Ge
Walaupun tindak balas spektrum GE APD sesuai untuk keperluan kehilangan rendah dan penyebaran rendah dalam penghantaran serat optik, terdapat masalah besar dalam proses penyediaan. Di samping itu, nisbah kadar pengionan elektron dan lubang GE adalah dekat dengan () 1, jadi sukar untuk menyediakan peranti APD berprestasi tinggi.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
Ia adalah kaedah yang berkesan untuk memilih IN0.53GA0.47As sebagai lapisan penyerapan cahaya APD dan INP sebagai lapisan pengganda. Puncak penyerapan bahan IN0.53GA0.47A adalah 1.65mm, 1.31mm, panjang gelombang 1.55mm adalah pekali penyerapan tinggi 104cm-1, yang merupakan bahan pilihan untuk lapisan penyerapan pengesan cahaya pada masa ini.
(4)InGaaS Photodetector/InPhotodetector
Dengan memilih InGaAsp sebagai lapisan penyerapan cahaya dan INP sebagai lapisan pengganda, APD dengan panjang gelombang tindak balas 1-1.4mm, kecekapan kuantum yang tinggi, arus gelap yang rendah dan keuntungan longsor tinggi boleh disediakan. Dengan memilih komponen aloi yang berbeza, prestasi terbaik untuk panjang gelombang tertentu dicapai.
(5) InGaAs/InAlas
Bahan In0.52al0.48As mempunyai jurang band (1.47EV) dan tidak menyerap pada julat panjang gelombang 1.55mm. Terdapat bukti bahawa lapisan epitaxial yang nipis dalam 0.52al0.48As boleh mendapatkan ciri -ciri keuntungan yang lebih baik daripada INP sebagai lapisan multiplikasi di bawah keadaan suntikan elektron tulen.
(6) InGaaS/InGaaS (P)/InAlas dan InGaAs/In (Al) GaAs/InAlas
Kadar pengionan kesan bahan adalah faktor penting yang mempengaruhi prestasi APD. Hasilnya menunjukkan bahawa kadar pengionan perlanggaran lapisan pengganda dapat ditingkatkan dengan memperkenalkan struktur InGaAs (P) /inAlas dan (Al) GaAs /InAlas superlattice. Dengan menggunakan struktur superlattice, kejuruteraan band boleh mengawal kelebihan kelebihan band asimetrik antara band konduksi dan nilai -nilai band valensi, dan memastikan bahawa ketidakpastian band pengaliran jauh lebih besar daripada ketidakpastian valensi (Δec >> ΔEV). Berbanding dengan bahan -bahan pukal InGaaS, kadar pengionan elektron InGaAs/Inala Quantum (a) meningkat dengan ketara, dan elektron dan lubang mendapat tenaga tambahan. Oleh kerana Δec >> ΔEV, dapat dijangkakan bahawa tenaga yang diperoleh oleh elektron meningkatkan kadar pengionan elektron lebih banyak daripada sumbangan tenaga lubang kepada kadar pengionan lubang (b). Nisbah (k) kadar pengionan elektron kepada peningkatan kadar pengionan lubang. Oleh itu, produk jalur lebar yang tinggi (GBW) dan prestasi bunyi yang rendah boleh diperolehi dengan menggunakan struktur superlattice. Walau bagaimanapun, struktur APD InGaAs/InAlas Quantum ini, yang boleh meningkatkan nilai K, sukar digunakan untuk penerima optik. Ini kerana faktor pengganda yang mempengaruhi respons maksimum adalah terhad oleh arus gelap, bukan bunyi pengganda. Dalam struktur ini, arus gelap terutamanya disebabkan oleh kesan terowong dari InGaAs baik lapisan dengan jurang jalur sempit, jadi pengenalan aloi Quaternary jurang lebar, seperti InGaasp atau Inalgaas, bukannya InGaAs sebagai lapisan yang baik dari struktur kuantum yang baik dapat menindas arus gelap.
Masa Post: Nov-13-2023