Resum: l'estructura bàsica i el principi de funcionament del fotodetector d'Avalanche (Fotodetector APD) s’introdueixen, s’analitza el procés d’evolució de l’estructura del dispositiu, es resumeix l’estat de la investigació actual i s’estudia de manera prospectiva el desenvolupament futur de l’APD.
1. Introducció
Un fotodetector és un dispositiu que converteix els senyals de llum en senyals elèctrics. En unfotodetector de semiconductors, el portador generat per fotografies emocionada pel fotó incident entra al circuit extern sota la tensió de biaix aplicada i forma un fotocurrent mesurable. Fins i tot a la màxima resposta, un fotodiode PIN només pot produir com a màxim un parell de parells de forats d’electrons, que és un dispositiu sense guany intern. Per a una major resposta, es pot utilitzar un fotodiode d’allaus (APD). L’efecte d’amplificació de l’APD sobre el fotocurrent es basa en l’efecte de col·lisió d’ionització. En determinades condicions, els electrons i els forats accelerats poden obtenir prou energia per xocar amb la gelosia per produir un nou parell de parells de forats d’electrons. Aquest procés és una reacció en cadena, de manera que el parell de parells de forats d’electrons generats per l’absorció de la llum pot produir un gran nombre de parells de forats d’electrons i formar un gran fotocurrent secundari. Per tant, l’APD té una alta resposta i un guany intern, cosa que millora la relació senyal-soroll del dispositiu. L’APD s’utilitzarà principalment en sistemes de comunicació de fibra òptica de llarga distància o menors amb altres limitacions en la potència òptica rebuda. Actualment, molts experts en dispositius òptics són molt optimistes sobre les perspectives de l’APD i creuen que la investigació de l’APD és necessària per millorar la competitivitat internacional dels camps relacionats.
2. Desenvolupament tècnic defotodetector d'Avalanche(Fotodetector APD)
2.1 Materials
(1)Fotodetector Si
SI Material Technology és una tecnologia madura que s’utilitza àmpliament en el camp de la microelectrònica, però no és adequada per a la preparació de dispositius en el rang de longitud d’ona de 1,31 mm i 1,55 mm que generalment s’accepten en el camp de la comunicació òptica.
(2) Ge
Tot i que la resposta espectral de GE APD és adequada per als requisits de baixa pèrdua i baixa dispersió en la transmissió de fibra òptica, hi ha grans dificultats en el procés de preparació. A més, la proporció d’ionització d’electrons i forats de GE és propera a () 1, per la qual cosa és difícil preparar dispositius APD d’alt rendiment.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
És un mètode eficaç per seleccionar In0.53GA0.47As com a capa d’absorció de llum d’APD i INP com a capa multiplicadora. El pic d’absorció del material d’IN0.53GA0.47AS és d’1,65 mm, 1,31 mm, la longitud d’ona de 1,55 mm és d’uns 104cm-1 alts coeficients d’absorció, que és el material preferit per a la capa d’absorció del detector de llum actualment.
(4)Fotodetector Ingaas/Dinsfotodetector
Seleccionant Ingaasp com a capa absorbent de la llum i INP com a capa multiplicadora, es pot preparar APD amb una longitud d’ona de resposta d’1-1,4 mm, alta eficiència quàntica, baix corrent fosc i altes altes allau. Seleccionant diferents components d’aliatge, s’aconsegueix el millor rendiment per a longituds d’ona específiques.
(5) Ingaas/Inalas
In0.52Al0.48AS El material té un buit de banda (1,47EV) i no absorbeix en un rang de longitud d'ona de 1,55 mm. Hi ha evidències que la capa epitaxial de la capa epitaxial en 0.52Al0.48as pot obtenir millors característiques de guany que l’INP com a capa multiplicativa sota la condició d’injecció d’electrons pura.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas i Ingaas/In (Al) Gaas/Inalas
La taxa d’ionització d’impacte dels materials és un factor important que afecta el rendiment de l’APD. Els resultats mostren que la taxa d’ionització de col·lisió de la capa multiplicadora es pot millorar mitjançant la introducció d’INGAAS (P) /INALAS i en estructures de superlattes GAAS /INALAS (Al). Mitjançant l'estructura de superlattes, l'enginyeria de la banda pot controlar artificialment la discontinuïtat de la banda asimètrica de la banda entre la banda de conducció i els valors de la banda de valència i assegurar -se que la discontinuïtat de la banda de conducció és molt més gran que la discontinuïtat de la banda de valència (ΔEC >> ΔEV). En comparació amb els materials a granel InGaAs, la taxa d’ionització d’electrons INGAAS/InaLAS (A) augmenta significativament i els electrons i forats guanyen energia addicional. A causa de Δec >> ΔEV, es pot esperar que l'energia guanyada per electrons augmenti la taxa d'ionització d'electrons molt més que la contribució de l'energia del forat a la taxa d'ionització de forats (B). La proporció (k) de la taxa d’ionització d’electrons i la taxa d’ionització de forats augmenta. Per tant, es pot obtenir un producte elevat en amplada de banda (GBW) i un baix rendiment de soroll aplicant estructures de superlattes. Tanmateix, aquest APD de pous quàntics ingaaS/inAlas, que pot augmentar el valor K, és difícil d’aplicar als receptors òptics. Això es deu al fet que el factor multiplicador que afecta la màxima resposta està limitat pel corrent fosc, no el soroll multiplicador. En aquesta estructura, el corrent fosc és causat principalment per l'efecte túnel de la capa del pou d'INGAAS amb una bretxa de banda estreta, de manera que la introducció d'un aliatge quaternari de bretxa de banda ampla, com ara Ingaasp o Inalgaas, en lloc d'INGAAS com la capa de pou de la estructura del pou quàntic pot suprimir el corrent fosc.
Post Horari: 13 de novembre-2023