Abstract: la struttura di base e il principio di lavoro del fotodettore di valanghe (PhotoDetector APD) vengono introdotti, viene analizzato il processo di evoluzione della struttura del dispositivo, l'attuale stato di ricerca viene riassunto e il futuro sviluppo di APD è studiato in prospettiva.
1. Introduzione
Un fotoDetector è un dispositivo che converte i segnali di luce in segnali elettrici. In aFotoDetector a semiconduttore, il vettore generato da foto eccitato dal fotone incidente entra nel circuito esterno sotto la tensione di bias applicata e forma una fotocorrente misurabile. Anche alla massima reattività, un fotodiodo a perno può produrre al massimo una coppia di coppie di buchi elettroni, che è un dispositivo senza guadagno interno. Per una maggiore reattività, è possibile utilizzare un fotodiodo da valanghe (APD). L'effetto di amplificazione dell'APD sulla fotocorrente si basa sull'effetto di collisione di ionizzazione. In determinate condizioni, gli elettroni e i fori accelerati possono ottenere abbastanza energia per scontrarsi con il reticolo per produrre una nuova coppia di coppie di buchi elettroni. Questo processo è una reazione a catena, in modo che la coppia di coppie di buchi elettronici generati dall'assorbimento della luce possa produrre un gran numero di coppie di buchi elettronici e formare una grande fotocorrente secondaria. Pertanto, APD ha un'elevata reattività e guadagno interno, che migliora il rapporto segnale-rumore del dispositivo. APD verrà utilizzato principalmente in sistemi di comunicazione in fibra ottica a lunga distanza o più piccoli con altre limitazioni sulla potenza ottica ricevuta. Al momento, molti esperti di dispositivi ottici sono molto ottimisti sulle prospettive dell'APD e ritengono che la ricerca dell'APD sia necessaria per migliorare la competitività internazionale dei campi correlati.
2. Sviluppo tecnico diFotoDetector di valanghe(PhotoDetector APD)
2.1 Materiali
(1)PhotoDetector SI
La tecnologia del materiale SI è una tecnologia matura ampiamente utilizzata nel campo della microelettronica, ma non è adatta alla preparazione di dispositivi nell'intervallo di lunghezze d'onda di 1,31 mm e 1,55 mm che sono generalmente accettati nel campo della comunicazione ottica.
(2) Ge
Sebbene la risposta spettrale dell'APD GE sia adatta ai requisiti di bassa perdita e bassa dispersione nella trasmissione in fibra ottica, ci sono grandi difficoltà nel processo di preparazione. Inoltre, il rapporto del tasso di ionizzazione di elettroni e del foro di GE è vicino a () 1, quindi è difficile preparare dispositivi APD ad alte prestazioni.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
È un metodo efficace per selezionare in0.53ga0.47A come strato di assorbimento della luce di APD e INP come strato moltiplicatore. Il picco di assorbimento del materiale in0.53ga0.47AS è 1,65 mm, 1,31 mm, lunghezza d'onda di 1,55 mm è al momento di circa 104 cm-1 coefficiente di assorbimento elevato, che è il materiale preferito per lo strato di assorbimento del rilevatore di luce.
(4)Ingaas PhotoDetector/InFotoDetector
Selezionando IngaAsp come strato di assorbimento della luce e INP come strato moltiplicatore, APD con una lunghezza d'onda di risposta di 1-1,4 mm, è possibile preparare un'efficienza quantistica elevata, una bassa corrente scura e un elevato guadagno di valanghe. Selezionando diversi componenti in lega, si ottiene le migliori prestazioni per lunghezze d'onda specifiche.
(5) Ingaas/inala
Il materiale in0.52al0.48AS ha uno spazio di banda (1.47ev) e non assorbe nell'intervallo di lunghezza d'onda di 1,55 mm. Vi sono prove che uno strato epitassiale sottile in0.52al0.48AS può ottenere migliori caratteristiche di guadagno rispetto a INP come strato moltiplicatore nella condizione di iniezione di elettroni puro.
(6) INGAAS/INGAAS (P)/INALA e INGAAS/IN (AL) GAAS/INALAS
Il tasso di ionizzazione dell'impatto dei materiali è un fattore importante che influenza le prestazioni dell'APD. I risultati mostrano che il tasso di ionizzazione delle collisioni dello strato del moltiplicatore può essere migliorato introducendo InGaAS (P) /INALAS e in (AL) GAAS /INALAS STRUTRUTTURE. Usando la struttura Superlattice, l'ingegneria della banda può controllare artificialmente la discontinuità del bordo della banda asimmetrica tra la banda di conduzione e i valori della banda di valenza e garantire che la discontinuità della banda di conduzione sia molto più grande della discontinuità della banda di valenza (ΔEC >> ΔEV). Rispetto ai materiali sfusi InGaAS, il tasso di ionizzazione degli elettroni a pozzo quantico InGaAS/Inala (A) è significativamente aumentato e gli elettroni e i fori guadagnano energia extra. A causa di ΔEC >> ΔEV, ci si può aspettare che l'energia ottenuta dagli elettroni aumenti il tasso di ionizzazione degli elettroni molto più del contributo dell'energia del foro al tasso di ionizzazione del foro (B). Il rapporto (k) del tasso di ionizzazione degli elettroni al tasso di ionizzazione del foro aumenta. Pertanto, il prodotto ad alta larghezza di band-band (GBW) e prestazioni a basso rumore possono essere ottenute applicando strutture superlattiche. Tuttavia, questa struttura di pozzetti quantici InGAAS/INALS, che può aumentare il valore K, è difficile da applicare ai ricevitori ottici. Questo perché il fattore moltiplicatore che colpisce la massima reattività è limitato dalla corrente scura, non dal rumore del moltiplicatore. In questa struttura, la corrente scura è principalmente causata dall'effetto tunneling dello strato di pozzetti Ingaas con uno strato di banda stretto, quindi l'introduzione di una lega quaternaria di gap a banda larga, come Ingaasp o Inalgaas, anziché Ingaas come lo strato di pozzo della struttura del pozzo quantico può sopprimere la corrente scura.
Tempo post: novembre-13-2023