Анатацыя: Асноўная будова і прынцып працы лавіннага фотадэтэктара (Фотадэтэктар APD), уведзены працэс эвалюцыі структуры прылады, абагульнены бягучы статус даследаванняў і перспектыўна вывучана будучае развіццё APD.
1. Уводзіны
Фотадэтэктар - гэта прылада, якое пераўтварае светлавыя сігналы ў электрычныя. У апаўправадніковы фотадэтэктар, фотагенераваны носьбіт, узбуджаны падаючым фатонам, уваходзіць у знешні ланцуг пад прыкладзеным напругай зрушэння і ўтварае вымерны фотаток. Нават пры максімальнай хуткасці рэагавання PIN-фотадыёд можа ствараць максімум пару электронна-дзірачных пар, што з'яўляецца прыладай без унутранага ўзмацнення. Для большай хуткасці рэагавання можна выкарыстоўваць лавінны фотадыёд (APD). Эфект узмацнення АПД на фотаток заснаваны на эфекце сутыкнення іянізацыі. Пры пэўных умовах паскораныя электроны і дзіркі могуць атрымаць дастатковую энергію, каб сутыкнуцца з рашоткай і стварыць новую пару электронна-дзірачных пар. Гэты працэс з'яўляецца ланцуговай рэакцыяй, так што пара электронна-дзірачных пар, утвораная ў выніку паглынання святла, можа ствараць вялікую колькасць электронна-дзірачных пар і ўтвараць вялікі другасны фотаток. Такім чынам, APD мае высокую спагадлівасць і ўнутранае ўзмацненне, што паляпшае стаўленне сігнал/шум прылады. APD будзе ў асноўным выкарыстоўвацца ў міжгародніх або меншых валаконна-аптычных сістэмах сувязі з іншымі абмежаваннямі на прымаемую аптычную магутнасць. У цяперашні час многія эксперты па аптычных прыборах вельмі аптымістычна глядзяць на перспектывы APD і лічаць, што даследаванне APD неабходна для павышэння міжнароднай канкурэнтаздольнасці сумежных абласцей.
2. Тэхнічнае развіццёлавінны фотадэтэктар(фотадэтэктар APD)
2.1 Матэрыялы
(1)Сі фотадэтэктар
Тэхналогія Si-матэрыялаў з'яўляецца развітай тэхналогіяй, якая шырока выкарыстоўваецца ў галіне мікраэлектронікі, але яна не падыходзіць для падрыхтоўкі прылад з дыяпазонам даўжынь хваль 1,31 мм і 1,55 мм, якія з'яўляюцца агульнапрынятымі ў галіне аптычнай сувязі.
(2) Гэ
Хоць спектральная характарыстыка Ge APD адпавядае патрабаванням нізкіх страт і нізкай дысперсіі пры перадачы па аптычным валакну, у працэсе падрыхтоўкі ўзнікаюць вялікія цяжкасці. Акрамя таго, стаўленне хуткасці іянізацыі электронаў і дзірак Ge блізкае да () 1, таму складана падрыхтаваць высокапрадукцыйныя прылады APD.
(3) In0,53Ga0,47As/InP
Гэта эфектыўны метад выбару In0,53Ga0,47As у якасці пласта паглынання святла APD і InP у якасці пласта памнажальніка. Пік паглынання матэрыялу In0,53Ga0,47As складае 1,65 мм, 1,31 мм, даўжыня хвалі 1,55 мм складае каля 104 см-1, высокі каэфіцыент паглынання, які ў цяперашні час з'яўляецца пераважным матэрыялам для пласта паглынання дэтэктара святла.
(4)Фотадэтэктар InGaAs/Уфотадэтэктар
Выбраўшы InGaAsP у якасці святлопаглынальнага пласта і InP у якасці пласта памнажальніка, можна падрыхтаваць APD з даўжынёй хвалі водгуку 1-1,4 мм, высокай квантавай эфектыўнасцю, нізкім цемнавым токам і высокім лавінным узмацненнем. 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 мультыплікатарнага пласта пры ўмове чыстай ін'екцыі электронаў.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs і InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Хуткасць ударнай іянізацыі матэрыялаў з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на прадукцыйнасць APD. Вынікі паказваюць, што хуткасць іянізацыі пры сутыкненні ўмножальнага пласта можа быць палепшана шляхам увядзення звышрашоткавых структур InGaAs (P) /InAlAs і In (Al) GaAs/InAlAs. Выкарыстоўваючы структуру звышрашоткі, зонная інжынерыя можа штучна кантраляваць асіметрычны разрыў краю зоны паміж значэннямі зоны праводнасці і валентнай зоны і гарантаваць, што разрыў зоны праводнасці значна большы, чым разрыў валентнай зоны (ΔEc>>ΔEv). У параўнанні з аб'ёмнымі матэрыяламі InGaAs хуткасць іянізацыі электронаў з квантавай ямай InGaAs/InAlAs (a) значна павялічваецца, і электроны і дзіркі атрымліваюць дадатковую энергію. З-за ΔEc>>ΔEv можна чакаць, што энергія, атрыманая электронамі, павялічвае хуткасць іянізацыі электронаў значна больш, чым уклад энергіі дзірак у хуткасць іянізацыі дзірак (b). Стаўленне (k) хуткасці іянізацыі электронаў да хуткасці іянізацыі дзірак павялічваецца. Такім чынам, прымяненне звышрашоткавых структур можа быць атрымана з высокім узмацненнем прапускной здольнасці (GBW) і нізкім узроўнем шуму. Аднак гэтую структуру квантавай ямы InGaAs/InAlAs APD, якая можа павялічыць значэнне k, цяжка прымяніць да аптычных прыёмнікаў. Гэта таму, што каэфіцыент множніка, які ўплывае на максімальную хуткасць рэагавання, абмежаваны цемнавым токам, а не шумам множніка. У гэтай структуры цёмны ток у асноўным выкліканы эфектам тунэлявання пласта InGaAs з лункамі з вузкай забароненай зонай, таму ўвядзенне чацвярцічнага сплаву з шырокай шчылінай, напрыклад InGaAsP або InAlGaAs, замест InGaAs у якасці пласта з лункамі структуры квантавай ямы можа здушыць цёмны ток.
Час публікацыі: 13 лістапада 2023 г