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. Увядзенне
Фотадэтэктар - гэта прылада, якое пераўтварае светлавыя сігналы ў электрычныя.Упаўправадніковы 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-матэрыялу 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
Нягледзячы на тое, што 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 блізка 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