Апстракт: Основна структура и принцип рада лавинског фотодетектора (АПД фотодетектор) су представљени, анализиран је процес еволуције структуре уређаја, сумиран је тренутни статус истраживања и проспективно се проучава будући развој АПД-а.
1. Увод
Фотодетектор је уређај који претвара светлосне сигнале у електричне сигнале. Уполупроводнички фотодетектор, фотогенерисани носач побуђен упадним фотоном улази у спољашње коло под примењеним напоном преднапона и формира мерљиву фотострују. Чак и при максималном одзиву, PIN фотодиода може да произведе највише само пар електрон-шупљина парова, што је уређај без унутрашњег појачања. За већи одзив, може се користити лавинска фотодиода (APD). Ефекат појачавања APD на фотострују заснива се на ефекту јонизационог судара. Под одређеним условима, убрзани електрони и шупљине могу добити довољно енергије да се сударају са решетком и производе нови пар електрон-шупљина парова. Овај процес је ланчана реакција, тако да пар електрон-шупљина парова генерисан апсорпцијом светлости може да произведе велики број електрон-шупљина парова и формира велику секундарну фотострују. Стога, APD има висок одзив и унутрашње појачање, што побољшава однос сигнал-шум уређаја. APD ће се углавном користити у системима за комуникацију на велике удаљености или мањим оптичким влакнима са другим ограничењима примљене оптичке снаге. Тренутно, многи стручњаци за оптичке уређаје су веома оптимистични у погледу изгледа APD-а и верују да је истраживање APD-а неопходно за побољшање међународне конкурентности сродних области.
2. Технички развојфотодетектор лавине(APD фотодетектор)
2.1 Материјали
(1)Si фотодетектор
Технологија силицијумских материјала је зрела технологија која се широко користи у области микроелектронике, али није погодна за припрему уређаја у опсегу таласних дужина од 1,31 мм и 1,55 мм који су општеприхваћени у области оптичке комуникације.
(2) Ге
Иако је спектрални одзив Ge APD-а погодан за захтеве малих губитака и мале дисперзије у преносу оптичких влакана, постоје велике потешкоће у процесу припреме. Поред тога, однос брзине јонизације електрона и шупљина Ge-а је близу ()1, па је тешко припремити високоперформансне APD уређаје.
(3)In0,53Ga0,47As/InP
Ефикасан метод је одабрати In0.53Ga0.47As као слој за апсорпцију светлости APD-а и InP као слој за умножавање. Апсорпциони врх In0.53Ga0.47As материјала је 1,65 мм, 1,31 мм, 1,55 мм, са таласном дужином од око 104 цм-1 и високим коефицијентом апсорпције, што је тренутно преферирани материјал за слој за апсорпцију светлости.
(4)InGaAs фотодетектор/Уфотодетектор
Избором InGaAsP као слоја који апсорбује светлост и InP као слоја умножавања, може се припремити лавински фотодифузни диоксид (АПД) са таласном дужином одзива од 1-1,4 мм, високом квантном ефикасношћу, ниском тамном струјом и високим појачањем лавине. Избором различитих компоненти легуре постижу се најбоље перформансе за одређене таласне дужине.
(5)InGaAs/InAlAs
Материјал In0.52Al0.48As има забрањену зону (1.47eV) и не апсорбује у опсегу таласних дужина од 1.55mm. Постоје докази да танки епитаксијални слој In0.52Al0.48As може добити боље карактеристике појачања од InP као мултипликаторски слој под условом убризгавања чистих електрона.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs и InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Брзина ударне јонизације материјала је важан фактор који утиче на перформансе лабораторијског фотонапонског процеса (АПД). Резултати показују да се брзина сударне јонизације слоја мултипликатора може побољшати увођењем суперрешеткастих структура InGaAs (P) /InAlAs и In (Al) GaAs/InAlAs. Коришћењем суперрешеткасте структуре, инжењеринг зона може вештачки контролисати дисконтинуитет асиметричне ивице зоне између вредности проводне зоне и валентне зоне и осигурати да је дисконтинуитет проводне зоне много већи од дисконтинуитета валентне зоне (ΔEc>>ΔEv). У поређењу са InGaAs материјалима у расутом стању, брзина јонизације електрона квантних јама InGaAs/InAlAs (a) је значајно повећана, а електрони и шупљине добијају додатну енергију. Због ΔEc>>ΔEv, може се очекивати да енергија коју добијају електрони повећава брзину јонизације електрона много више него допринос енергије шупљина брзини јонизације шупљина (b). Однос (k) брзине јонизације електрона и брзине јонизације шупљина се повећава. Стога се применом суперрешеткастих структура могу постићи висок производ појачања и пропусног опсега (GBW) и низак ниво шума. Међутим, овај лабораторијски фотодифузни диод (APD) са квантним бунарима InGaAs/InAlAs, који може повећати вредност k, тешко је применити на оптичке пријемнике. То је зато што је фактор множитеља који утиче на максимални одзив ограничен тамном струјом, а не шумом множитеља. У овој структури, тамна струја је углавном узрокована ефектом тунелирања слоја бунара InGaAs са уским енергетским процепом, тако да увођење кватернарне легуре са широким енергетским процепом, као што су InGaAsP или InAlGaAs, уместо InGaAs као слоја бунара структуре квантних бунара може потиснути тамну струју.
Време објаве: 13. новембар 2023.