Апстракт: Основна структура и принцип рада лавинског фотодетектора (АПД фотодетектор), анализира се процес еволуције структуре уређаја, сумира тренутни статус истраживања и проспективно се проучава будући развој АПД-а.
1. Представљање
Фотодетектор је уређај који претвара светлосне сигнале у електричне сигнале.У аполупроводнички фотодетектор, фото-генерисани носач побуђен упадним фотоном улази у спољашње коло под примењеним напоном преднапона и формира мерљиву фотострују.Чак и при максималном одзиву, ПИН фотодиода може произвести највише пар парова електрон-рупа, што је уређај без унутрашњег појачања.За већи одзив, може се користити лавинска фотодиода (АПД).Ефекат појачања АПД-а на фотострују заснива се на ефекту јонизационог судара.Под одређеним условима, убрзани електрони и рупе могу добити довољно енергије да се сударе са решетком да би произвели нови пар парова електрон-рупа.Овај процес је ланчана реакција, тако да пар парова електрон-рупа насталих апсорпцијом светлости може произвести велики број парова електрон-рупа и формирати велику секундарну фотострују.Стога, АПД има висок одзив и интерно појачање, што побољшава однос сигнал-шум уређаја.АПД ће се углавном користити у даљинским или мањим оптичким комуникационим системима са другим ограничењима на примљену оптичку снагу.Тренутно су многи стручњаци за оптичке уређаје веома оптимистични у погледу перспектива АПД-а и верују да је истраживање АПД-а неопходно да би се побољшала међународна конкурентност сродних области.
2. Технички развој одфотодетектор лавине(АПД фотодетектор)
2.1 Материјали
(1)Си фотодетектор
Технологија Си материјала је зрела технологија која се широко користи у области микроелектронике, али није погодна за припрему уређаја у опсегу таласних дужина од 1,31мм и 1,55мм који су општеприхваћени у области оптичке комуникације.
(2)Ге
Иако је спектрални одзив Ге АПД-а погодан за захтеве малих губитака и ниске дисперзије у преносу оптичких влакана, постоје велике потешкоће у процесу припреме.Поред тога, Ге-ов однос брзине јонизације електрона и рупа је близу () 1, тако да је тешко припремити АПД уређаје високих перформанси.
(3)Ин0,53Га0,47Ас/ИнП
Ефикасан је метод да се изабере Ин0.53Га0.47Ас као слој апсорпције светлости АПД и ИнП као слој множитеља.Врх апсорпције материјала Ин0.53Га0.47Ас је 1,65 мм, 1,31 мм, 1,55 мм таласне дужине је око 104 цм-1 високог коефицијента апсорпције, што је тренутно пожељни материјал за апсорпциони слој детектора светлости.
(4)ИнГаАс фотодетектор/Инфотодетектор
Одабиром ИнГаАсП као слоја који апсорбује светлост и ИнП као слоја множења, може се припремити АПД са таласном дужином одговора од 1-1,4 мм, високом квантном ефикасношћу, малом тамном струјом и великим појачањем лавине.Избором различитих компоненти легуре, постижу се најбоље перформансе за одређене таласне дужине.
(5) ИнГаАс/ИнАлАс
Ин0.52Ал0.48Ас материјал има зазор (1.47еВ) и не апсорбује у опсегу таласних дужина од 1.55мм.Постоје докази да танак епитаксијални слој Ин0.52Ал0.48Ас може добити боље карактеристике појачања од ИнП као слој мултипликатора под условом убризгавања чистог електрона.
(6)ИнГаАс/ИнГаАс (П) /ИнАлАс и ИнГаАс/Ин (Ал) ГаАс/ИнАлАс
Брзина ударне јонизације материјала је важан фактор који утиче на перформансе АПД-а.Резултати показују да се брзина јонизације судара слоја множења може побољшати увођењем ИнГаАс (П) /ИнАлАс и Ин (Ал) ГаАс/ИнАлАс суперрешеткастих структура.Коришћењем структуре суперрешетке, инжењеринг појаса може вештачки да контролише дисконтинуитет ивице асиметричног појаса између вредности појаса проводљивости и вредности валентног појаса, и да обезбеди да је дисконтинуитет проводљивог појаса много већи од дисконтинуитета валентног појаса (ΔЕц>>ΔЕв).У поређењу са ИнГаАс расутим материјалима, брзина јонизације електрона ИнГаАс/ИнАлАс квантног бунара (а) је значајно повећана, а електрони и рупе добијају додатну енергију.Због ΔЕц>>ΔЕв, може се очекивати да енергија коју добијају електрони повећава брзину јонизације електрона много више од доприноса енергије рупа брзини јонизације рупа (б).Повећава се однос (к) брзине јонизације електрона и брзине јонизације рупа.Због тога се применом суперрешеткастих структура могу добити производ високог пропусног опсега (ГБВ) и ниске перформансе шума.Међутим, овај АПД структуре квантног бунара ИнГаАс/ИнАлАс, који може повећати к вредност, тешко је применити на оптичке пријемнике.То је зато што је фактор множења који утиче на максималну одзивност ограничен тамном струјом, а не буком множитеља.У овој структури, тамна струја је углавном узрокована ефектом тунелирања слоја ИнГаАс бунара са уским појасом, тако да је увођење кватернарне легуре широког појаса, као што је ИнГаАсП или ИнАлГаАс, уместо ИнГаАс као слоја бунара структуре квантног бунара може потиснути тамну струју.
Време поста: 13.11.2023