Abstract: Det grundlæggende struktur og arbejdsprincip for lavine fotodetektor (APD -fotodetektor) introduceres, udviklingsprocessen for enhedsstrukturen analyseres, den aktuelle forskningsstatus opsummeres, og den fremtidige udvikling af APD studeres prospektivt.
1. Introduktion
En fotodetektor er en enhed, der konverterer lyssignaler til elektriske signaler. I enhalvlederfotodetektor, den foto-genererede bærer, der er ophidset af den hændelsesfoton, kommer ind i det ydre kredsløb under den påførte bias-spænding og danner en målbar fotostrøm. Selv ved den maksimale lydhørhed kan en pin-fotodiode kun producere et par elektronhullepar højst, hvilket er en enhed uden intern gevinst. For større lydhørhed kan der anvendes en lavine -fotodiode (APD). Forstærkningseffekten af APD på fotostrøm er baseret på ioniseringskollisionseffekten. Under visse betingelser kan de accelererede elektroner og huller opnå nok energi til at kollidere med gitteret til at producere et nyt par elektronhullepar. Denne proces er en kædereaktion, så paret af elektronhullepar genereret ved lysabsorption kan producere et stort antal elektronhullepar og danne en stor sekundær fotokurrent. Derfor har APD høj lydhørhed og intern gevinst, hvilket forbedrer enhedens signal-til-støj-forhold. APD vil hovedsageligt blive brugt i langdistance eller mindre optiske fiberkommunikationssystemer med andre begrænsninger på den modtagne optiske kraft. På nuværende tidspunkt er mange optiske enhedseksperter meget optimistiske med hensyn til udsigterne til APD, og mener, at forskningen af APD er nødvendig for at forbedre den internationale konkurrenceevne for relaterede felter.
2. teknisk udvikling afAvalanche -fotodetektor(APD Photodetector)
2.1 Materialer
(1)Si Photodetector
SI -materialeteknologi er en moden teknologi, der er vidt brugt inden for mikroelektronik, men den er ikke egnet til fremstilling af enheder i bølgelængdeområdet 1,31 mm og 1,55 mm, der generelt accepteres inden for optisk kommunikation.
(2) Ge
Selvom den spektrale respons fra GE APD er velegnet til kravene til lavt tab og lav spredning i optisk fiberoverførsel, er der store vanskeligheder i forberedelsesprocessen. Derudover er GE's forhold mellem elektron og hul ioniseringshastighed tæt på () 1, så det er vanskeligt at forberede højtydende APD-enheder.
(3) In0.53GA0.47AS/INP
Det er en effektiv metode til at vælge in0.53GA0.47AS som lysabsorptionslag af APD og INP som multiplikatorlaget. Absorptionstoppen af i0,53GA0.47AS-materialet er 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm bølgelængde er ca. 104 cm-1 høj absorptionskoefficient, hvilket er det foretrukne materiale til absorptionslaget af lysdetektor i øjeblikket.
(4)INGAAS -fotodetektor/Ifotodetektor
Ved at vælge INGAASP som det lysabsorberende lag og INP som multiplikatorlaget, kan APD med en responsbølgelængde på 1-1,4 mm, høj kvanteeffektivitet, lav mørk strøm og høj lavineforstærkning fremstilles. Ved at vælge forskellige legeringskomponenter opnås den bedste ydelse til specifikke bølgelængder.
(5) INGAAS/INALAS
In0.52al0.48as materiale har et båndgap (1,47EV) og absorberer ikke i bølgelængdeområdet på 1,55 mm. Der er bevis for, at tynde i0.52al0.48as epitaksiale lag kan opnå bedre forstærkningskarakteristika end INP som et multiplicatorlag under betingelse af ren elektroninjektion.
(6) INGAAS/INGAAS (P)/INALAS OG INGAAS/IN (AL) GAAS/INALAS
Virkningens ioniseringshastighed for materialer er en vigtig faktor, der påvirker APD's ydeevne. Resultaterne viser, at kollisionsioniseringshastigheden for multiplikatorlaget kan forbedres ved at indføre Ingaas (P) /inalas og i (Al) GaAs /Inalas Superlattice -strukturer. Ved at bruge superlattice -strukturen kan bandteknik kunstigt kontrollere det asymmetriske båndkant -diskontinuitet mellem ledningsbåndet og valensbåndværdierne og sikre, at ledningsbåndets diskontinuitet er meget større end Valence Band -diskontinuiteten (ΔEC >> ΔEV). Sammenlignet med INGAAS -bulkmaterialer øges Ingaas/Inalas Quantum Well -elektronioniseringshastighed (A) markant, og elektroner og huller får ekstra energi. På grund af ΔEC >> ΔEV kan det forventes, at den energi, der er opnået ved elektroner, øger elektronioniseringshastigheden meget mere end bidraget fra hulenergi til hul ioniseringshastighed (B). Forholdet (k) af elektronioniseringshastighed og hul ioniseringshastighed øges. Derfor kan der opnås højt gain-båndbreddeprodukt (GBW) og lav støjydelse ved anvendelse af superlattice-strukturer. Imidlertid er denne INGAAS/Inalas Quantum Well Structure APD, som kan øge K -værdien, vanskelig at anvende til optiske modtagere. Dette skyldes, at multiplikatorfaktoren, der påvirker den maksimale lydhørhed, er begrænset af den mørke strøm, ikke multiplikatorstøj. I denne struktur er den mørke strøm hovedsageligt forårsaget af tunnelingseffekten af IngaaS-brøndlag med et smalt båndgap, så introduktionen af et bredt båndgap-kvartærlegering, såsom Ingaasp eller Inalgaas, i stedet for Ingaas som brøndlag af kvantestrukturen kan undertrykke den mørke strøm.
Posttid: Nov-13-2023