Opsomming: Die basiese struktuur en werkbeginsel van stortvloed fotodetektor (APD fotodetektor) word bekendgestel, die evolusieproses van die toestelstruktuur word ontleed, die huidige navorsingstatus word opgesom, en die toekomstige ontwikkeling van APD word vooruitskouend bestudeer.
1. Inleiding
'n Fotodetektor is 'n toestel wat ligseine in elektriese seine omskakel. In 'nhalfgeleier fotodetektor, gaan die foto-gegenereerde draer wat deur die invallende foton opgewek word die eksterne stroombaan binne onder die toegepaste voorspanning en vorm 'n meetbare fotostroom. Selfs by die maksimum responsiwiteit kan 'n PIN-fotodiode hoogstens 'n paar elektron-gat-pare produseer, wat 'n toestel sonder interne aanwins is. Vir groter responsiwiteit kan 'n stortvloedfotodiode (APD) gebruik word. Die versterkingseffek van APD op fotostroom is gebaseer op die ionisasiebotsingseffek. Onder sekere toestande kan die versnelde elektrone en gate genoeg energie verkry om met die rooster te bots om 'n nuwe paar elektron-gat pare te produseer. Hierdie proses is 'n kettingreaksie, sodat die paar elektron-gat-pare wat deur ligabsorpsie gegenereer word, 'n groot aantal elektron-gat-pare kan produseer en 'n groot sekondêre fotostroom kan vorm. Daarom het APD 'n hoë responsiwiteit en interne wins, wat die sein-tot-geraas-verhouding van die toestel verbeter. APD sal hoofsaaklik gebruik word in langafstand of kleiner optiese vesel kommunikasie stelsels met ander beperkings op die ontvang optiese krag. Tans is baie optiese toestel kundiges baie optimisties oor die vooruitsigte van APD, en glo dat die navorsing van APD nodig is om die internasionale mededingendheid van verwante velde te verbeter.
2. Tegniese ontwikkeling vanstortvloed fotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Materiaal
(1)Si fotodetektor
Si materiaal tegnologie is 'n volwasse tegnologie wat wyd gebruik word in die veld van mikro-elektronika, maar dit is nie geskik vir die voorbereiding van toestelle in die golflengte reeks van 1,31 mm en 1,55 mm wat algemeen aanvaar word in die veld van optiese kommunikasie.
(2)Ge
Alhoewel die spektrale reaksie van Ge APD geskik is vir die vereistes van lae verlies en lae verspreiding in optiese vesel transmissie, is daar groot probleme in die voorbereidingsproses. Daarbenewens is Ge se elektron- en gationisasietempoverhouding naby aan () 1, dus is dit moeilik om hoëprestasie-APD-toestelle voor te berei.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Dit is 'n effektiewe metode om In0.53Ga0.47As as die ligabsorpsielaag van APD en InP as die vermenigvuldigerlaag te kies. Die absorpsiepiek van In0.53Ga0.47As-materiaal is 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm golflengte is ongeveer 104 cm-1 hoë absorpsiekoëffisiënt, wat tans die voorkeurmateriaal vir die absorpsielaag van ligdetektor is.
(4)InGaAs fotodetektor/Infotodetektor
Deur InGaAsP as die ligabsorberende laag en InP as die vermenigvuldigerlaag te kies, kan APD met 'n responsgolflengte van 1-1.4mm, hoë kwantumdoeltreffendheid, lae donkerstroom en hoë stortvloedwins voorberei word. Deur verskillende legeringskomponente te kies, word die beste werkverrigting vir spesifieke golflengtes behaal.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As-materiaal het 'n bandgaping (1.47eV) en absorbeer nie by die golflengtereeks van 1.55mm nie. Daar is bewyse dat dun In0.52Al0.48As epitaksiale laag beter versterkingseienskappe kan verkry as InP as 'n vermenigvuldigerlaag onder die toestand van suiwer elektroninspuiting.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs en InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Die impak-ionisasietempo van materiale is 'n belangrike faktor wat die werkverrigting van APD beïnvloed. Die resultate toon dat die botsingionisasietempo van die vermenigvuldigerlaag verbeter kan word deur InGaAs (P) /InAlAs en In (Al) GaAs/InAlAs superroosterstrukture in te voer. Deur die superroosterstruktuur te gebruik, kan die bandingenieurswese die asimmetriese bandranddiskontinuïteit tussen die geleidingsband en die valensbandwaardes kunsmatig beheer, en verseker dat die geleidingbanddiskontinuïteit baie groter is as die valensbanddiskontinuïteit (ΔEc>>ΔEv). In vergelyking met InGaAs grootmaatmateriaal, word InGaAs/InAlAs-kwantumput-elektronionisasietempo (a) aansienlik verhoog, en elektrone en gate kry ekstra energie. As gevolg van ΔEc>>ΔEv, kan dit verwag word dat die energie wat deur elektrone verkry word, die elektronionisasietempo veel meer verhoog as die bydrae van gatenergie tot gationisasietempo (b). Die verhouding (k) van elektronionisasietempo tot gationisasietempo neem toe. Daarom kan hoë wins-bandwydte produk (GBW) en lae geraas werkverrigting verkry word deur die toepassing van superrooster strukture. Hierdie InGaAs/InAlAs kwantumputstruktuur APD, wat die k-waarde kan verhoog, is egter moeilik om op optiese ontvangers toe te pas. Dit is omdat die vermenigvuldigerfaktor wat die maksimum responsiwiteit beïnvloed, beperk word deur die donker stroom, nie die vermenigvuldigergeraas nie. In hierdie struktuur word die donker stroom hoofsaaklik veroorsaak deur die tonnel-effek van die InGaAs-putlaag met 'n smal bandgaping, dus die bekendstelling van 'n wyebandgaping-kwaternêre legering, soos InGaAsP of InAlGaAs, in plaas van InGaAs as die putlaag van die kwantumputstruktuur kan die donker stroom onderdruk.
Postyd: 13 Nov 2023