Abstrakt: Struktura bazë dhe parimi i funksionimit të fotodetektorit të ortekëve (Fotodetektor APD), analizohet procesi i evolucionit të strukturës së pajisjes, përmblidhet statusi aktual i kërkimit dhe studiohet në mënyrë prospektive zhvillimi i ardhshëm i APD-së.
1. Hyrje
Një fotodetektor është një pajisje që konverton sinjalet e dritës në sinjale elektrike. Në njëfotodetektor gjysmëpërçues, bartësi i gjeneruar nga fotoni i ngacmuar nga fotoni incident hyn në qarkun e jashtëm nën tensionin e polarizimit të aplikuar dhe formon një fotorrymë të matshme. Edhe në reagimin maksimal, një fotodiodë PIN mund të prodhojë vetëm një palë çifte elektron-vrimë në maksimum, që është një pajisje pa fitim të brendshëm. Për reagim më të madh, mund të përdoret një fotodiodë orteku (APD). Efekti i amplifikimit të APD në fotorrymë bazohet në efektin e përplasjes së jonizimit. Nën kushte të caktuara, elektronet dhe vrimat e përshpejtuara mund të marrin energji të mjaftueshme për t'u përplasur me rrjetën për të prodhuar një palë të re çifte elektron-vrimë. Ky proces është një reaksion zinxhir, në mënyrë që çifti i çifteve elektron-vrimë të gjeneruara nga thithja e dritës mund të prodhojë një numër të madh çiftesh elektron-vrimë dhe të formojë një fotorrymë të madhe sekondare. Prandaj, APD ka reagim të lartë dhe fitim të brendshëm, gjë që përmirëson raportin sinjal-zhurmë të pajisjes. APD do të përdoret kryesisht në sisteme komunikimi me fibra optike në distanca të gjata ose më të vogla me kufizime të tjera në fuqinë optike të marrë. Aktualisht, shumë ekspertë të pajisjeve optike janë shumë optimistë për perspektivat e APD-së dhe besojnë se kërkimi mbi APD-në është i nevojshëm për të rritur konkurrueshmërinë ndërkombëtare të fushave përkatëse.
2. Zhvillimi teknik ifotodetektor ortekësh(Fotodetektor APD)
2.1 Materialet
(1)Fotodetektor Si
Teknologjia e materialeve Si është një teknologji e pjekur që përdoret gjerësisht në fushën e mikroelektronikës, por nuk është e përshtatshme për përgatitjen e pajisjeve në diapazonin e gjatësisë së valës 1.31 mm dhe 1.55 mm që pranohen përgjithësisht në fushën e komunikimit optik.
(2)Ge
Edhe pse përgjigja spektrale e Ge APD është e përshtatshme për kërkesat e humbjeve të ulëta dhe shpërndarjes së ulët në transmetimin me fibra optike, ka vështirësi të mëdha në procesin e përgatitjes. Përveç kësaj, raporti i shkallës së jonizimit të elektroneve dhe vrimave të Ge është afër ()1, kështu që është e vështirë të përgatiten pajisje APD me performancë të lartë.
(3) In0.53Ga0.47As/InP
Është një metodë efektive të zgjidhet In0.53Ga0.47As si shtresa e thithjes së dritës së APD dhe InP si shtresa shumëzuese. Maja e thithjes së materialit In0.53Ga0.47As është 1.65 mm, 1.31 mm, gjatësia e valës 1.55 mm është rreth 104 cm-1 koeficient i lartë thithjeje, i cili është materiali i preferuar për shtresën thithëse të detektorit të dritës aktualisht.
(4)Fotodetektor InGaAs/Nëfotodetektor
Duke zgjedhur InGaAsP si shtresë thithëse të dritës dhe InP si shtresë shumëzuese, mund të përgatitet APD me një gjatësi vale përgjigjeje prej 1-1.4 mm, efikasitet të lartë kuantik, rrymë të ulët të errët dhe fitim të lartë të ortekëve. Duke zgjedhur përbërës të ndryshëm të aliazhit, arrihet performanca më e mirë për gjatësi vale specifike.
(5) InGaAs/InAlAs
Materiali In0.52Al0.48As ka një boshllëk brezash (1.47eV) dhe nuk thith në diapazonin e gjatësisë së valës prej 1.55 mm. Ka prova që shtresa e hollë epitaksiale In0.52Al0.48As mund të marrë karakteristika më të mira fitimi sesa InP si një shtresë shumëzuese në kushtet e injektimit të elektroneve të pastra.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs dhe InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Shkalla e jonizimit të impaktit të materialeve është një faktor i rëndësishëm që ndikon në performancën e APD-së. Rezultatet tregojnë se shkalla e jonizimit të përplasjes së shtresës shumëzuese mund të përmirësohet duke futur strukturat superrrjetore InGaAs (P) /InAlAs dhe In (Al) GaAs/InAlAs. Duke përdorur strukturën superrrjetore, inxhinieria e brezave mund të kontrollojë artificialisht diskontinuitetin asimetrik të skajit të brezit midis vlerave të brezit të përçueshmërisë dhe brezit të valencës, dhe të sigurojë që diskontinuiteti i brezit të përçueshmërisë të jetë shumë më i madh se diskontinuiteti i brezit të valencës (ΔEc>>ΔEv). Krahasuar me materialet në masë InGaAs, shkalla e jonizimit të elektroneve të pusit kuantik InGaAs/InAlAs (a) rritet ndjeshëm, dhe elektronet dhe vrimat fitojnë energji shtesë. Për shkak të ΔEc>>ΔEv, mund të pritet që energjia e fituar nga elektronet rrit shkallën e jonizimit të elektroneve shumë më tepër sesa kontributi i energjisë së vrimës në shkallën e jonizimit të vrimës (b). Raporti (k) i shkallës së jonizimit të elektroneve me shkallën e jonizimit të vrimës rritet. Prandaj, produkti i lartë i fitimit-gjerësisë së brezit (GBW) dhe performanca e zhurmës së ulët mund të merren duke aplikuar struktura superrrjetore. Megjithatë, kjo strukturë kuantike e pusit InGaAs/InAlAs APD, e cila mund të rrisë vlerën k, është e vështirë të aplikohet në marrësit optikë. Kjo ndodh sepse faktori shumëzues që ndikon në reagimin maksimal është i kufizuar nga rryma e errët, jo nga zhurma shumëzuese. Në këtë strukturë, rryma e errët shkaktohet kryesisht nga efekti i tunelimit të shtresës së pusit InGaAs me një hendek të ngushtë brezash, kështu që futja e një lidhjeje kuaternare me hendek të gjerë brezash, siç është InGaAsP ose InAlGaAs, në vend të InGaAs si shtresa e pusit të strukturës kuantike të pusit mund të shtypë rrymën e errët.
Koha e postimit: 13 nëntor 2023