Rezumat: Structura de bază și principiul de lucru al fotodetectorului de avalanșă (Fotodetector APD) sunt introduse, procesul de evoluție al structurii dispozitivului este analizat, starea actuală de cercetare este rezumată, iar dezvoltarea viitoare a APD este studiată prospectiv.
1. Introducere
Un fotodetector este un dispozitiv care transformă semnalele de lumină în semnale electrice. În aFotodetector semiconductor, transportatorul generat foto, excitat de fotonul incident, intră în circuitul extern sub tensiunea de prejudecată aplicată și formează un fotocurent măsurabil. Chiar și la reacția maximă, o fotodiodă cu pin poate produce cel mult o pereche de perechi de electroni, care este un dispozitiv fără câștig intern. Pentru o reacție mai mare, poate fi utilizată o fotodiodă de avalanșă (APD). Efectul de amplificare a APD asupra fotocurentului se bazează pe efectul de coliziune ionizare. În anumite condiții, electronii și găurile accelerate pot obține suficientă energie pentru a se ciocni cu rețeaua pentru a produce o nouă pereche de perechi de electroni. Acest proces este o reacție în lanț, astfel încât perechea de perechi de electroni generate de absorbția luminii poate produce un număr mare de perechi de electroni și să formeze un fotocurent secundar mare. Prin urmare, APD are o reacție ridicată și un câștig intern, ceea ce îmbunătățește raportul semnal-zgomot al dispozitivului. APD va fi utilizat în principal în sisteme de comunicare cu fibre optice mai mici sau mai mici, cu alte limitări ale puterii optice primite. În prezent, mulți experți în dispozitive optice sunt foarte optimiști în ceea ce privește perspectivele APD și consideră că cercetarea APD este necesară pentru a îmbunătăți competitivitatea internațională a domeniilor conexe.
2. Dezvoltarea tehnică aFotodetector de avalanșă(Fotodetector APD)
2.1 Materiale
(1)Fotodetector Si
Tehnologia SI Material este o tehnologie matură care este utilizată pe scară largă în domeniul microelectronicii, dar nu este potrivită pentru prepararea dispozitivelor în intervalul de lungime de undă de 1,31 mm și 1,55 mm, care sunt în general acceptate în domeniul comunicării optice.
(2) GE
Deși răspunsul spectral al GE APD este potrivit pentru cerințele privind pierderea scăzută și dispersia scăzută în transmisia fibrelor optice, există mari dificultăți în procesul de pregătire. În plus, raportul de ionizare a electronului și a găurilor GE este apropiat de () 1, deci este dificil să prepari dispozitive APD de înaltă performanță.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
Este o metodă eficientă pentru a selecta IN0.53GA0.47AS ca strat de absorbție a luminii de APD și INP ca strat multiplicator. Vârful de absorbție al materialului IN0.53GA0.47AS este de 1,65 mm, 1,31mm, 1,55 mm lungimea de undă este de aproximativ 104cm-1 coeficient de absorbție ridicat, care este materialul preferat pentru stratul de absorbție al detectorului de lumină în prezent.
(4)Fotodetector Ingaas/Înfotodetector
Prin selectarea IngaASP ca strat de absorbție a luminii și INP ca strat multiplicator, APD cu o lungime de undă de răspuns de 1-1.4mm, eficiență cuantică ridicată, curent întuneric scăzut și câștig ridicat de avalanșă. Prin selectarea diferitelor componente din aliaj, se realizează cea mai bună performanță pentru lungimi de undă specifice.
(5) Ingaas/Inalas
IN0.52Al0.48AS Materialul are un decalaj de bandă (1.47EV) și nu se absorb la intervalul lungimii de undă de 1,55 mm. Există dovezi că in0.52Al0.48as strat epitaxial poate obține caracteristici de câștig mai bune decât INP ca strat multiplicant în condiții de injecție de electroni pură.
(6) IngaAs/IngaAs (P)/Inalas și IngaAs/in (AL) GaAs/Inalas
Rata de ionizare a impactului materialelor este un factor important care afectează performanța APD. Rezultatele arată că rata de ionizare de coliziune a stratului de multiplicator poate fi îmbunătățită prin introducerea structurilor superlate (P) /inalas și în (AL) GaAs /Inalas Superlatice. Folosind structura superlatice, ingineria benzii poate controla artificial discontinuitatea marginii de bandă asimetrică între banda de conducere și valorile benzii de valență și se poate asigura că discontinuitatea benzii de conducere este mult mai mare decât discontinuitatea benzii de valență (ΔEC >> ΔEV). În comparație cu materialele în vrac Ingaas, INGAAS/INALAS cuantic cuantic rata de ionizare a electronilor (A) este semnificativ crescută, iar electronii și găurile câștigă energie suplimentară. Datorită ΔEC >> ΔEV, se poate aștepta ca energia obținută de electroni să crească rata de ionizare a electronilor mult mai mult decât contribuția energiei găurilor la rata de ionizare a găurilor (B). Raportul (k) al ratei de ionizare a electronilor și rata de ionizare a găurilor crește. Prin urmare, pot fi obținute un produs ridicat de lățime de bandă (GBW) și performanță scăzută de zgomot prin aplicarea structurilor SuperLattice. Cu toate acestea, acest APD al structurii cuantice cuantice Ingaas/Inalas, care poate crește valoarea K, este dificil de aplicat la receptoarele optice. Acest lucru se datorează faptului că factorul multiplicator care afectează receptivitatea maximă este limitat de curentul întunecat, nu de zgomotul multiplicatorului. În această structură, curentul întunecat este cauzat în principal de efectul de tunelare al stratului de puțuri IngaAs cu un decalaj îngust de bandă, astfel încât introducerea unui aliaj cuaternar cu benzi largi, cum ar fi Ingaasp sau Inalgaas, în loc de Ingaas, deoarece stratul de puț al structurii cuantice poate suprima curentul întunecat.
Timpul post: 13-2023 nov