Abstrakt: Základní struktura a pracovní princip lavinového fotodetektoru (APD fotodetektorjsou zavedeny, je analyzován proces evoluce struktury zařízení, současný stav výzkumu je shrnut a budoucí vývoj APD je prospektivně studován.
1. Úvod
Fotodetektor je zařízení, které převádí světelné signály na elektrické signály. V apolovodičový fotodetektor, Foto generovaný nosič excitovaný dopadajícím fotonem vstupuje do externího obvodu pod aplikovaným napětím zkreslení a tvoří měřitelný fotoproud. Dokonce i při maximální citlivosti může pin fotodiody produkovat pouze pár párů elektronových děr, což je zařízení bez vnitřního zisku. Pro větší citlivost lze použít lavinovou fotodiodu (APD). Amplifikační účinek APD na fotoproud je založen na ionizačním kolizním účinku. Za určitých podmínek mohou zrychlené elektrony a otvory získat dostatek energie, aby se srazily s mřížkou, aby se vytvořily nový pár párů elektronových děr. Tento proces je řetězová reakce, takže pár párů elektronových děr generovaných absorpcí světla může produkovat velké množství párů elektronových děr a vytvořit velký sekundární fotoproud. Proto má APD vysokou citlivost a vnitřní zisk, což zlepšuje poměr signál-šum zařízení. APD bude používán hlavně v dlouhodobé nebo menších komunikačních systémech optických vláken s jinými omezeními přijímané optické síly. V současné době je mnoho odborníků na optické zařízení velmi optimistické ohledně vyhlídek APD a věří, že výzkum APD je nezbytný pro zvýšení mezinárodní konkurenceschopnosti souvisejících oborů.
2. technický rozvojA laviny fotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Materiály
(1)SI fotodetektor
Technologie materiálu SI je zralá technologie, která se široce používá v oblasti mikroelektroniky, ale není vhodná pro přípravu zařízení v rozsahu vlnové délky 1,31 mm a 1,55 mm, které jsou obecně přijímány v oblasti optické komunikace.
(2) GE
Ačkoli spektrální odezva GE APD je vhodná pro požadavky na nízkou ztrátu a nízkou disperzi při přenosu optických vláken, v procesu přípravy jsou velké potíže. Kromě toho je poměr rychlosti ionizace Elektronu a otvoru blíže () 1, takže je obtížné připravit vysoce výkonná zařízení APD.
(3) In0,53GA0.47AS/INP
Je to účinná metoda vybrat in0,53GA0.47AS jako vrstvu absorpce světla APD a INP jako vrstva multiplikátoru. Absorpční vrchol materiálu IS0,53GA0,47AS je 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm vlnová délka je asi 104 cm-1 vysoký absorpční koeficient, což je v současnosti preferovaným materiálem pro absorpční vrstvu světelného detektoru.
(4)Ingaas fotodetektor/Vfotodetektor
Výběrem INGAASP jako vrstvy absorbující světlo a INP jako vrstva multiplikátoru, APD s vlnovou délkou odezvy 1-1,4 mm, vysokou kvantovou účinnost, nízký tmavý proud a vysoký lavinový zisk. Výběrem různých komponent slitiny je dosaženo nejlepšího výkonu pro konkrétní vlnové délky.
(5) Ingaas/Inalas
In0,52al0,48AS materiál má mezeru pásma (1,47ev) a neabsorbuje v rozsahu vlnové délky 1,55 mm. Existuje důkaz, že tenká in0,52Al0,48AS epitaxiální vrstva může získat lepší vlastnosti zisku než inp jako vrstva multiplikátoru za podmínky čistého elektronového injekce.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas a Ingaas/in (al) GaAs/Inalas
Rychlost ionizace materiálů dopadu je důležitým faktorem ovlivňujícím výkon APD. Výsledky ukazují, že míra ionizace kolize multiplikátorové vrstvy může být vylepšena zavedením IngaAS (P) /Inalas a v (al) GaAs /Inalas Superlattice Structures. Použitím struktury Superlattice může pásové inženýrství uměle ovládat diskontinuitu asymetrické pásmové okraje mezi vodivým pásem a hodnotami valenčního pásma a zajistit, aby diskontinuita vodivého pásma byla mnohem větší než diskontinuita valenčního pásma (Aec >> ΔEV). Ve srovnání s hromadnými materiály Ingaas je významně zvýšena míra elektronové ionizace INGAAS/Inalas Quantum Well (A) a elektrony a otvory získávají další energii. Vzhledem k Aec >> ΔEV lze očekávat, že energie získaná elektrony zvyšuje rychlost elektronové ionizace mnohem více, než je příspěvek energie otvoru k ionizaci otvorů (B). Poměr (k) rychlosti ionizace elektronové a ionizace se zvyšuje. Proto lze produkt s vysokou šířkou pásmové šířky (GBW) a nízký výkon šumu získat použitím superlattičních struktur. Tato struktura INGAAS/Inalas Quantum Well APD, která může zvýšit hodnotu K, je však obtížné použít na optické přijímače. Je to proto, že multiplikační faktor, který ovlivňuje maximální citlivost, je omezen tmavým proudem, nikoli šumem multiplikátoru. V této struktuře je tmavý proud způsoben hlavně tunelovým účinkem vrstvy studny Ingaas s úzkou pásmovou mezerou, takže zavedení šílené mezery, jako je IngaASP nebo Inalgaas, namísto Ingaasů, jako je vrstva studny kvantové studny, může potlačit temný proud.
Čas příspěvku: Nov-13-2023