Opsomming: Die basiese struktuur en werkbeginsel van 'n sneeustortingfotodetektor (APD-fotodetektor) word bekendgestel, die evolusieproses van die toestelstruktuur word geanaliseer, die huidige navorsingstatus word opgesom, en die toekomstige ontwikkeling van APD word prospektief bestudeer.
1. Inleiding
'n Fotodetektor is 'n toestel wat ligseine in elektriese seine omskakel. In 'nhalfgeleier fotodetektor, die fotogegenereerde draer wat deur die invallende foton opgewek word, betree die eksterne stroombaan onder die toegepaste voorspanning en vorm 'n meetbare fotostroom. Selfs teen die maksimum responsiwiteit kan 'n PIN-fotodiode hoogstens 'n paar elektron-gat-pare produseer, wat 'n toestel sonder interne wins is. Vir groter responsiwiteit kan 'n lawine-fotodiode (APD) gebruik word. Die versterkingseffek van APD op fotostroom is gebaseer op die ionisasie-botsingseffek. Onder sekere omstandighede 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 hoë responsiwiteit en interne wins, wat die sein-tot-ruisverhouding van die toestel verbeter. APD sal hoofsaaklik in langafstand- of kleiner optiese veselkommunikasiestelsels gebruik word met ander beperkings op die ontvangde 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 vansneeustorting fotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Materiale
(1)Si fotodetektor
Si-materiaaltegnologie 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 golflengtebereik van 1.31 mm en 1.55 mm wat algemeen aanvaar word in die veld van optiese kommunikasie nie.
(2)Ge
Alhoewel die spektrale respons van Ge APD geskik is vir die vereistes van lae verlies en lae dispersie in optiese vesel-oordrag, is daar groot probleme in die voorbereidingsproses. Daarbenewens is Ge se elektron- en gat-ionisasietempoverhouding naby () 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 ligdetektors is.
(4)InGaAs fotodetektor/Infotodetektor
Deur InGaAsP as die ligabsorberende laag en InP as die vermenigvuldigerlaag te kies, kan APD met 'n reaksiegolflengte van 1-1.4 mm, hoë kwantumdoeltreffendheid, lae donkerstroom en hoë lawinewins voorberei word. Deur verskillende legeringskomponente te kies, word die beste werkverrigting vir spesifieke golflengtes bereik.
(5) InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As-materiaal het 'n bandgaping (1.47 eV) en absorbeer nie by die golflengtebereik van 1.55 mm nie. Daar is bewyse dat 'n dun In0.52Al0.48As-epitaksiale laag beter versterkingseienskappe as InP as 'n vermenigvuldigerlaag kan verkry 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 botsingsionisasietempo 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 geleidingsbanddiskontinuïteit baie groter is as die valensbanddiskontinuïteit (ΔEc>>ΔEv). In vergelyking met InGaAs-grootmaatmateriale, word die InGaAs/InAlAs-kwantumput-elektron-ionisasietempo (a) aansienlik verhoog, en elektrone en gate kry ekstra energie. As gevolg van ΔEc>>ΔEv, kan verwag word dat die energie wat deur elektrone verkry word, die elektron-ionisasietempo baie meer verhoog as die bydrae van gatenergie tot gat-ionisasietempo (b). Die verhouding (k) van elektron-ionisasietempo tot gat-ionisasietempo neem toe. Daarom kan 'n hoë wins-bandwydte produk (GBW) en lae geraasprestasie verkry word deur superroosterstrukture toe te pas. 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 donkerstroom, nie die vermenigvuldigerruis nie. In hierdie struktuur word die donkerstroom hoofsaaklik veroorsaak deur die tonnelingseffek van die InGaAs-putlaag met 'n nou bandgaping, dus kan die bekendstelling van 'n kwaternêre legering met 'n wye bandgaping, soos InGaAsP of InAlGaAs, in plaas van InGaAs as die putlaag van die kwantumputstruktuur die donkerstroom onderdruk.
Plasingstyd: 13 Nov 2023