Sažetak: Osnovna struktura i princip rada lavinskog fotodetektora (APD fotodetektor), predstavljen je proces evolucije strukture uređaja, sažeto je trenutno stanje istraživanja i prospektivno se proučava budući razvoj APD-a.
1. Uvod
Fotodetektor je uređaj koji pretvara svjetlosne signale u električne signale. u apoluvodički fotodetektor, foto-generirani nositelj pobuđen upadnim fotonom ulazi u vanjski krug pod primijenjenim prednaponom i stvara mjerljivu fotostruju. Čak i pri maksimalnom odzivu, PIN fotodioda može proizvesti najviše par parova elektron-šupljina, što je uređaj bez unutarnjeg pojačanja. Za veći odziv može se koristiti lavinska fotodioda (APD). Učinak pojačanja APD-a na fotostruju temelji se na učinku sudara ionizacije. Pod određenim uvjetima, ubrzani elektroni i šupljine mogu dobiti dovoljno energije da se sudare s rešetkom i proizvedu novi par parova elektron-šupljina. Ovaj proces je lančana reakcija, tako da par parova elektron-šupljina generiran apsorpcijom svjetlosti može proizvesti veliki broj parova elektron-šupljina i formirati veliku sekundarnu fotostruju. Stoga APD ima visok odziv i unutarnje pojačanje, što poboljšava omjer signala i šuma uređaja. APD će se uglavnom koristiti u daljinskim ili manjim optičkim komunikacijskim sustavima s drugim ograničenjima primljene optičke snage. Trenutačno su mnogi stručnjaci za optičke uređaje vrlo optimistični u pogledu izgleda APD-a i vjeruju da je istraživanje APD-a neophodno kako bi se poboljšala međunarodna konkurentnost srodnih područja.
2. Tehnički razvojlavinski fotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Materijali
(1)Si fotodetektor
Tehnologija Si materijala je zrela tehnologija koja se široko koristi u području mikroelektronike, ali nije prikladna za pripremu uređaja u rasponu valnih duljina od 1,31 mm i 1,55 mm koji su općenito prihvaćeni u području optičkih komunikacija.
(2)Ge
Iako je spektralni odziv Ge APD-a prikladan za zahtjeve malih gubitaka i male disperzije u prijenosu optičkim vlaknima, postoje velike poteškoće u procesu pripreme. Osim toga, omjer brzine ionizacije elektrona i šupljina Ge je blizu () 1, tako da je teško pripremiti visokoučinkovite APD uređaje.
(3) In0,53Ga0,47As/InP
Učinkovita je metoda za odabir In0,53Ga0,47As kao sloja za apsorpciju svjetlosti APD-a i InP kao sloja množitelja. Vrh apsorpcije materijala In0,53Ga0,47As je 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm, valna duljina je oko 104 cm-1 visokog koeficijenta apsorpcije, što je trenutno preferirani materijal za apsorpcijski sloj svjetlosnog detektora.
(4)InGaAs fotodetektor/Ufotodetektor
Odabirom InGaAsP kao sloja koji apsorbira svjetlost i InP kao sloja množitelja, može se pripremiti APD s valnom duljinom odziva od 1-1,4 mm, visokom kvantnom učinkovitošću, niskom tamnom strujom i velikim pojačanjem lavine. Odabirom različitih komponenti legure postižu se najbolje performanse za određene valne duljine.
(5) InGaAs/InAlAs
In0,52Al0,48As materijal ima zabranjeni pojas (1,47 eV) i ne apsorbira na rasponu valnih duljina od 1,55 mm. Postoje dokazi da tanki epitaksijalni sloj In0.52Al0.48As može dobiti bolje karakteristike pojačanja od InP kao multiplikatorskog sloja pod uvjetom čistog ubrizgavanja elektrona.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs i InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Stopa udarne ionizacije materijala važan je faktor koji utječe na performanse APD-a. Rezultati pokazuju da se brzina sudarajuće ionizacije sloja multiplikatora može poboljšati uvođenjem superrešetkastih struktura InGaAs (P) /InAlAs i In (Al) GaAs/InAlAs. Upotrebom superrešetkaste strukture, inženjering pojasa može umjetno kontrolirati diskontinuitet ruba asimetričnog pojasa između vrijednosti vodljivog pojasa i valentnog pojasa i osigurati da je diskontinuitet vodljivog pojasa puno veći od diskontinuiteta valentnog pojasa (ΔEc>>ΔEv). U usporedbi s InGaAs rasutim materijalima, InGaAs/InAlAs brzina ionizacije kvantnih jažica elektrona (a) značajno je povećana, a elektroni i šupljine dobivaju dodatnu energiju. Zbog ΔEc>>ΔEv, može se očekivati da energija koju dobiju elektroni povećava stopu ionizacije elektrona mnogo više od doprinosa energije šupljina brzini ionizacije šupljina (b). Omjer (k) brzine ionizacije elektrona i stope ionizacije šupljina raste. Stoga se primjenom superrešetkastih struktura može postići umnožak visoke propusnosti (GBW) i niske razine šuma. Međutim, ovu InGaAs/InAlAs strukturu kvantne jame APD, koja može povećati k vrijednost, teško je primijeniti na optičke prijemnike. To je zato što je faktor množitelja koji utječe na maksimalnu reakciju ograničen tamnom strujom, a ne šumom množitelja. U ovoj je strukturi tamna struja uglavnom uzrokovana učinkom tuneliranja InGaAs sloja jažice s uskim razmakom, tako da uvođenje kvartarne legure sa širokim razmakom, kao što je InGaAsP ili InAlGaAs, umjesto InGaAs kao sloja jažice strukture kvantne jame može potisnuti tamnu struju.
Vrijeme objave: 13. studenoga 2023