Abstrakt: Struktura bazë dhe parimi i punës së fotodetektorit të ortekëve (Fotodetektor APD) janë prezantuar, procesi i evolucionit të strukturës së pajisjes është analizuar, statusi aktual i kërkimit është përmbledhur dhe zhvillimi i ardhshëm i APD është studiuar në mënyrë prospektive.
1. Hyrje
Një fotodetektor është një pajisje që konverton sinjalet e dritës në sinjale elektrike.Ne njefotodetektor gjysmëpërçues, bartësi i gjeneruar nga foto i ngacmuar nga fotoni i incidentit hyn në qarkun e jashtëm nën tensionin e aplikuar të paragjykimit dhe formon një fotorrymë të matshme.Edhe në reagimin maksimal, një fotodiodë PIN mund të prodhojë maksimumi vetëm një çift çiftesh elektron-vrimash, që është një pajisje pa fitim të brendshëm.Për një 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.Në kushte të caktuara, elektronet dhe vrimat e përshpejtuara mund të marrin energji të mjaftueshme për t'u përplasur me rrjetën për të prodhuar një çift të ri të çifteve elektron-vrima.Ky proces është një reaksion zinxhir, kështu që çifti i çifteve elektron-vrima të krijuara nga thithja e dritës mund të prodhojë një numër të madh çiftesh elektron-vrima dhe të formojë një fotorrymë të madhe dytësore.Prandaj, APD ka reagim të lartë dhe përfitim të brendshëm, gjë që përmirëson raportin sinjal-zhurmë të pajisjes.APD do të përdoret kryesisht në sistemet e komunikimit 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 dhe besojnë se hulumtimi i APD është i nevojshëm për të rritur konkurrencën ndërkombëtare të fushave të ngjashme.
2. Zhvillimi teknik ifotodetektor orteku(Fotodetektor APD)
2.1 Materialet
(1)Si fotodetektor
Teknologjia e materialit 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 valore 1.31mm dhe 1.55mm që janë përgjithësisht të pranuara në fushën e komunikimit optik.
(2) Ge
Megjithëse përgjigja spektrale e Ge APD është e përshtatshme për kërkesat e humbjes së ulët dhe shpërndarjes së ulët në transmetimin e fibrave optike, ka vështirësi të mëdha në procesin e përgatitjes.Përveç kësaj, raporti i shpejtësisë 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 për të zgjedhur In0.53Ga0.47As si shtresë thithëse të dritës së APD dhe InP si shtresë shumëzuese.Pika e përthithjes së materialit In0.53Ga0.47As është 1.65mm, 1.31mm, gjatësia e valës 1.55mm është rreth 104cm-1 koeficienti i lartë i absorbimit, i cili është materiali i preferuar për shtresën e absorbimit 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 gjatësi vale të përgjigjes 1-1,4 mm, efikasitet të lartë kuantik, rrymë të ulët të errët dhe fitim të lartë orteku.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 hendek brezi (1.47eV) dhe nuk absorbohet në intervalin e gjatësisë valore prej 1.55mm.Ka prova që shtresa e hollë epitaksiale In0.52Al0.48As mund të marrë karakteristika fitimi më të mira se InP si një shtresë shumëzuese në kushtet e injektimit të pastër të elektronit.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs dhe InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Shkalla e jonizimit të ndikimit të materialeve është një faktor i rëndësishëm që ndikon në performancën e APD.Rezultatet tregojnë se shkalla e jonizimit të përplasjes së shtresës së shumëzuesit mund të përmirësohet duke futur strukturat supergritëse InGaAs (P) /InAlAs dhe In (Al) GaAs/InAlAs.Duke përdorur strukturën e supergrilës, inxhinieria e brezit mund të kontrollojë artificialisht ndërprerjen e skajit të brezit asimetrik midis vlerave të brezit të përçueshmërisë dhe brezit të valencës, dhe të sigurojë që ndërprerja e brezit të përcjelljes të jetë shumë më e madhe se ndërprerja e brezit të valencës (ΔEc>>ΔEv).Krahasuar me materialet me shumicë InGaAs, shkalla e jonizimit të elektroneve të puseve kuantike InGaAs/InAlAs (a) është rritur ndjeshëm dhe elektronet dhe vrimat fitojnë energji shtesë.Për shkak të ΔEc>>ΔEv, mund të pritet që energjia e fituar nga elektronet të rrisë shkallën e jonizimit të elektroneve shumë më tepër sesa kontributi i energjisë së vrimës në shpejtësinë e jonizimit të vrimës (b).Raporti (k) i shpejtësisë së jonizimit të elektronit me shpejtësinë e jonizimit të vrimës rritet.Prandaj, produkti me gjerësi bande të lartë fitimi (GBW) dhe performanca e ulët e zhurmës mund të përftohen duke aplikuar struktura superrrjetore.Megjithatë, kjo strukturë APD e pusit kuantik InGaAs/InAlAs, e cila mund të rrisë vlerën k, është e vështirë të zbatohet për marrësit optikë.Kjo për shkak se faktori shumëzues që ndikon në reagimin maksimal është i kufizuar nga rryma e errët, jo nga zhurma e shumëzuesit.Në këtë strukturë, rryma e errët shkaktohet kryesisht nga efekti tunelues i shtresës së pusit InGaAs me një hendek të ngushtë brezi, kështu që futja e një aliazhi kuaternar me brez të gjerë, si InGaAsP ose InAlGaAs, në vend të InGaAs si shtresa e pusit. e strukturës së pusit kuantik mund të shtypë rrymën e errët.
Koha e postimit: Nëntor-13-2023