Анатацыя: Асноўная структура і прынцып працы лавіннага фотадэтэктара (Фотадэтэктар APD), аналізуецца працэс эвалюцыі структуры прылады, падсумоўваецца бягучы стан даследаванняў і вывучаецца перспектыўнае развіццё лабавога фотаэлектрычнага працэсара (ЛАП).
1. Уводзіны
Фотадэтэктар — гэта прылада, якая пераўтварае светлавыя сігналы ў электрычныя сігналы. Упаўправадніковы фотадэтэктарФотагенераваны носьбіт, узбуджаны падаючым фатонам, паступае ў знешні ланцуг пад прыкладзеным напружаннем зрушэння і ўтварае вымерны фотаток. Нават пры максімальнай хуткасці рэагавання PIN-фотадыёд можа стварыць не больш за пару электронна-дзіркавых пар, што з'яўляецца прыладай без унутранага ўзмацнення. Для большай хуткасці рэагавання можна выкарыстоўваць лавінны фотадыёд (ЛФД). Эфект узмацнення ЛФД на фотаток заснаваны на эфекце іанізацыйнага сутыкнення. Пры пэўных умовах паскораныя электроны і дзіркі могуць атрымаць дастатковую энергію для сутыкнення з рашоткай, ствараючы новую пару электронна-дзіркавых пар. Гэты працэс з'яўляецца ланцуговай рэакцыяй, таму пара электронна-дзіркавых пар, якая генеруецца паглынаннем святла, можа стварыць вялікую колькасць электронна-дзіркавых пар і ўтварыць вялікі другасны фотаток. Такім чынам, ЛФД мае высокую хуткасць рэагавання і ўнутраны ўзмацненне, што паляпшае суадносіны сігнал-шум прылады. ЛФД будзе ў асноўным выкарыстоўвацца ў сістэмах аптычнай сувязі на вялікія адлегласці або меншыя па памеры з іншымі абмежаваннямі на прыманую аптычную магутнасць. У цяперашні час многія эксперты ў галіне аптычных прылад вельмі аптымістычна настроены адносна перспектыў ламінатнага фотоэлектрического працэсара (ЛАП) і лічаць, што даследаванні ў гэтай галіне неабходныя для павышэння міжнароднай канкурэнтаздольнасці ў сумежных галінах.
2. Тэхнічнае развіццёлавінны фотадэтэктар(Фотадэтэктар APD)
2.1 Матэрыялы
(1)Si фотадэтэктар
Тэхналогія крэмніевых матэрыялаў — гэта сталая тэхналогія, якая шырока выкарыстоўваецца ў галіне мікраэлектронікі, але яна не падыходзіць для падрыхтоўкі прылад у дыяпазоне даўжынь хваль 1,31 мм і 1,55 мм, якія звычайна прымаюцца ў галіне аптычнай сувязі.
(2) Ге
Нягледзячы на тое, што спектральная характарыстыка германіевага лабавога фотоэлектрического фотоэлектрического дысперсіі (ЛАФ) адпавядае патрабаванням нізкіх страт і нізкай дысперсіі пры перадачы па аптычным валакне, працэс падрыхтоўкі сутыкаецца з вялікімі цяжкасцямі. Акрамя таго, суадносіны хуткасцей іанізацыі электронаў і дзірак у германіі блізкае да ()1, таму складана падрыхтаваць высокапрадукцыйныя прылады ЛАФ.
(3) In0,53Ga0,47As/InP
Эфектыўным метадам з'яўляецца выбар In0.53Ga0.47As у якасці паглынальнага пласта ламінавага фотоэлектрычнага дыфрактозу (ЛАП) і InP у якасці памнажальнага пласта. Пік паглынання матэрыялу In0.53Ga0.47As складае 1,65 мм, 1,31 мм і 1,55 мм, што мае высокі каэфіцыент паглынання каля 104 см-1, і ў цяперашні час гэты матэрыял з'яўляецца пераважным для паглынальнага пласта святлопрыёмніка.
(4)InGaAs фотадэтэктар/Уфотадэтэктар
Выбраўшы InGaAsP у якасці святлопаглынальнага слоя і InP у якасці памнажальнага слоя, можна атрымаць лавінна-фотаадлучальнік (ЛФД) з даўжынёй хвалі водгуку 1-1,4 мм, высокай квантавай эфектыўнасцю, нізкім цёмным токам і высокім лавінным каэфіцыентам узмацнення. Выбіраючы розныя кампаненты сплаву, дасягаецца найлепшая прадукцыйнасць для пэўных даўжынь хваль.
(5)InGaAs/InAlAs
Матэрыял In0.52Al0.48As мае шырыню забароненай зоны (1.47 эВ) і не паглынае ў дыяпазоне даўжынь хваль 1.55 мм. Ёсць доказы таго, што тонкі эпітаксіяльны пласт In0.52Al0.48As можа атрымаць лепшыя характарыстыкі ўзмацнення, чым InP у якасці пласта-множніка пры ўмове чыстай інжэкцыі электронаў.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs і InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Хуткасць ударнай іанізацыі матэрыялаў з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на прадукцыйнасць лабавога фотоэлектрического працэсара (ЛАП). Вынікі паказваюць, што хуткасць сутыкненай іанізацыі пласта памнажальніка можна палепшыць, увёўшы звышрашоткі InGaAs (P) /InAlAs і In (Al) GaAs/InAlAs. Выкарыстоўваючы звышрашотку, зонная інжынерыя можа штучна кантраляваць асіметрычны разрыў краю зоны паміж значэннямі зоны праводнасці і валентнай зоны і гарантаваць, што разрыў зоны праводнасці значна большы за разрыў валентнай зоны (ΔEc>>ΔEv). У параўнанні з аб'ёмнымі матэрыяламі InGaAs, хуткасць квантавай іанізацыі электронаў InGaAs/InAlAs (a) значна павялічваецца, і электроны і дзіркі атрымліваюць дадатковую энергію. З-за ΔEc>>ΔEv можна чакаць, што энергія, атрыманая электронамі, значна павялічвае хуткасць іанізацыі электронаў, чым уклад энергіі дзірак у хуткасць іанізацыі дзірак (b). Суадносіны (k) хуткасці іанізацыі электронаў да хуткасці іанізацыі дзірак павялічваецца. Такім чынам, пры выкарыстанні звышрашоткавых структур можна атрымаць высокі каэфіцыент узмацнення і нізкі ўзровень шуму. Аднак гэты лавінна-дысперсійны фотаэлектрычны прыбор на аснове квантавых ям InGaAs/InAlAs, які можа павялічыць значэнне k, цяжка прымяніць да аптычных прыёмнікаў. Гэта звязана з тым, што каэфіцыент множніка, які ўплывае на максімальную хуткасць рэакцыі, абмежаваны цёмным токам, а не шумам множніка. У гэтай структуры цёмны ток у асноўным выкліканы тунэльным эфектам пласта ям InGaAs з вузкай забароненай зонай, таму ўвядзенне чацвярцічнага сплаву з шырокай забароненай зонай, напрыклад, InGaAsP або InAlGaAs, замест InGaAs у якасці пласта ям квантавай ямнай структуры можа падавіць цёмны ток.
Час публікацыі: 13 лістапада 2023 г.