Absztrakt: A lavina fotodetektor alapvető felépítése és működési elve (APD fotodetektor).
1. Bemutatkozás
A fotodetektor egy olyan eszköz, amely a fényjeleket elektromos jelekké alakítja.Az afélvezető fotodetektor, a beeső foton által gerjesztett fotogenerált hordozó az alkalmazott előfeszítő feszültség alatt belép a külső áramkörbe, és mérhető fotoáramot képez.A PIN-fényképdióda maximális reakcióképesség mellett is legfeljebb egy pár elektron-lyuk párt képes létrehozni, ami belső erősítés nélküli eszköz.A nagyobb reakcióképesség érdekében lavina fotodiódát (APD) lehet használni.Az APD fotoáramra gyakorolt erősítő hatása az ionizációs ütközési hatáson alapul.Bizonyos körülmények között a felgyorsult elektronok és lyukak elegendő energiát nyerhetnek ahhoz, hogy a ráccsal ütközve új elektron-lyuk párokat hozzanak létre.Ez a folyamat egy láncreakció, így a fényelnyelés által generált elektron-lyuk párok nagyszámú elektron-lyuk párat hozhatnak létre, és nagy szekunder fotoáramot alkothatnak.Ezért az APD nagy válaszkészséggel és belső erősítéssel rendelkezik, ami javítja az eszköz jel-zaj arányát.Az APD-t főként nagy távolságú vagy kisebb optikai szálas kommunikációs rendszerekben fogják használni, a vett optikai teljesítmény egyéb korlátozásaival.Jelenleg sok optikai eszközökkel foglalkozó szakember nagyon optimista az APD kilátásait illetően, és úgy véli, hogy az APD kutatása szükséges a kapcsolódó területek nemzetközi versenyképességének növeléséhez.
2. Műszaki fejlesztéselavina fotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Anyagok
(1)Si fotodetektor
Az Si-anyagtechnológia egy kiforrott technológia, amelyet széles körben alkalmaznak a mikroelektronika területén, de nem alkalmas az optikai kommunikáció területén általánosan elfogadott, 1,31 mm és 1,55 mm hullámhossz-tartományba eső eszközök előkészítésére.
(2) Ge
Bár a Ge APD spektrális válasza megfelel az alacsony veszteség és kis diszperzió követelményeinek az optikai szál átvitelben, az előállítási folyamat során nagy nehézségek adódnak.Ráadásul Ge elektron- és lyukionizációs aránya közel van () 1-hez, így nehéz nagy teljesítményű APD-eszközöket készíteni.
(3)In0,53Ga0,47As/InP
Hatékony módszer az In0.53Ga0.47As kiválasztása az APD fényelnyelő rétegeként és az InP szorzórétegként.Az In0,53Ga0,47As anyag abszorpciós csúcsa 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm hullámhossza körülbelül 104 cm-1 magas abszorpciós együttható, amely jelenleg a fénydetektor abszorpciós rétegének előnyben részesített anyaga.
(4)InGaAs fotodetektor/Ban benfotodetektor
Az InGaAsP fényelnyelő réteg és az InP szorzóréteg kiválasztásával 1-1,4 mm válaszhullámhosszú, nagy kvantumhatékonyságú, alacsony sötétáramú és nagy lavinaerősítésű APD készíthető.Különböző ötvözetkomponensek kiválasztásával érhető el a legjobb teljesítmény adott hullámhosszon.
(5)InGaAs/InAlAs
Az In0,52Al0,48As anyag sávszélességgel rendelkezik (1,47 eV), és nem nyel el az 1,55 mm-es hullámhossz-tartományban.Bizonyíték van arra, hogy a vékony In0,52Al0,48As epitaxiális réteg jobb erősítési karakterisztikát érhet el, mint az InP, mint multiplikátorréteg tiszta elektroninjektálás mellett.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs és InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Az anyagok ütési ionizációs sebessége fontos tényező, amely befolyásolja az APD teljesítményét.Az eredmények azt mutatják, hogy a multiplikátorréteg ütközési ionizációs sebessége javítható InGaAs (P) /InAlAs és In (Al) GaAs/InAlAs szuperrácsszerkezetek bevezetésével.A szuperrácsszerkezet használatával a sávtervezés mesterségesen szabályozhatja a vezetési sáv és a vegyértéksáv értékei közötti aszimmetrikus sávszél-szakadást, és biztosítja, hogy a vezetési sáv szakadása sokkal nagyobb legyen, mint a vegyértéksáv szakadása (ΔEc>>ΔEv).Az InGaAs ömlesztett anyagokkal összehasonlítva az InGaAs/InAlAs kvantumkút elektronionizációs sebessége (a) jelentősen megnő, és az elektronok és a lyukak extra energiához jutnak.A ΔEc>>ΔEv miatt várható, hogy az elektronok által nyert energia sokkal jobban megnöveli az elektronionizációs sebességet, mint a lyukenergiának a lyukionizációs sebességhez való hozzájárulása (b).Az elektronionizációs sebesség és a lyukionizációs sebesség aránya (k) nő.Ezért szuperrács struktúrák alkalmazásával nagy nyereség-sávszélesség szorzat (GBW) és alacsony zajteljesítmény érhető el.Ez az InGaAs/InAlAs kvantumkút szerkezetű APD azonban, amely növelheti a k értéket, nehezen alkalmazható optikai vevőkre.Ennek az az oka, hogy a maximális válaszkészséget befolyásoló szorzótényezőt a sötétáram korlátozza, nem a szorzózaj.Ebben a szerkezetben a sötétáramot elsősorban a szűk sávú InGaAs kútréteg alagútképző hatása okozza, így kútrétegként az InGaAs helyett egy széles sávú kvaterner ötvözet, például InGaAsP vagy InAlGaAs bevezetése. A kvantumkút szerkezete elnyomja a sötét áramot.
Feladás időpontja: 2023. november 13