Resumo: a estrutura básica e o principio de traballo do fotodetector de avalancha (Fotodetector APD) Introdúcese, analízase o proceso de evolución da estrutura do dispositivo, resúmese o estado de investigación actual e o desenvolvemento futuro da APD está estudado de xeito prospectivo.
1. Introdución
Un fotodetector é un dispositivo que converte os sinais de luz en sinais eléctricos. En afotodetector de semiconductores, o transportista xerado por fotos excitado polo fotón incidente entra no circuíto externo baixo a tensión de sesgo aplicado e forma un fotocorrente medible. Mesmo coa máxima resposta, un fotodiodo de pin só pode producir un par de pares de buraco de electróns como máximo, que é un dispositivo sen ganancia interna. Para maior resposta, pódese usar un fotodiodo de avalancha (APD). O efecto de amplificación da APD sobre o fotocorrente baséase no efecto de colisión de ionización. En determinadas condicións, os electróns e os buracos acelerados poden obter enerxía suficiente para chocar co celosía para producir un novo par de pares de buratos electrónicos. Este proceso é unha reacción en cadea, de xeito que o par de pares de buratos electrónicos xerados por absorción de luz pode producir un gran número de pares de buratos electrónicos e formar un fotocorrente secundario grande. Polo tanto, APD ten unha alta resposta e ganancia interna, o que mellora a relación sinal-ruído do dispositivo. A APD utilizarase principalmente en sistemas de comunicación de fibra óptica de longa distancia ou pequenos con outras limitacións na potencia óptica recibida. Na actualidade, moitos expertos en dispositivos ópticos son moi optimistas sobre as perspectivas de APD e cren que a investigación de APD é necesaria para mellorar a competitividade internacional dos campos relacionados.
2. Desenvolvemento técnico defotodetector de avalancha(Fotodetector APD)
2.1 Materiais
(1)PhotoDetector SI
A tecnoloxía de material SI é unha tecnoloxía madura que é moi utilizada no campo da microelectrónica, pero non é adecuada para a preparación de dispositivos no rango de lonxitude de onda de 1,31 mm e 1,55 mm que xeralmente son aceptados no campo da comunicación óptica.
(2) GE
Aínda que a resposta espectral de GE APD é adecuada para os requisitos de baixa perda e baixa dispersión na transmisión de fibras ópticas, hai grandes dificultades no proceso de preparación. Ademais, a relación de taxa de ionización de electróns e buratos de GE está próxima a () 1, polo que é difícil preparar dispositivos APD de alto rendemento.
(3) in0.53GA0.47AS/INP
É un método eficaz para seleccionar IN0.53GA0.47As como capa de absorción de luz de APD e INP como capa de multiplicador. O pico de absorción do material IN0.53GA0.47As é de 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm de lonxitude de onda é de aproximadamente 104 cm-coeficiente de absorción elevado, que é o material preferido para a capa de absorción do detector de luz na actualidade.
(4)Fotodetector de Ingaas/Infotodetector
Ao seleccionar INGAASP como capa absorbente de luz e INP como capa multiplicadora, APD cunha lonxitude de onda de resposta de 1-1,4 mm, pódese preparar unha alta eficiencia cuántica, baixa corrente escura e unha elevada ganancia de avalancha. Ao seleccionar diferentes compoñentes de aliaxe, conséguese o mellor rendemento para lonxitudes de onda específicas.
(5) Ingaas/Inalas
O material IN0.52Al0.48AS ten unha fenda de banda (1.47EV) e non absorbe no rango de lonxitude de onda de 1,55 mm. Existen evidencias de que a capa epitaxial delgada en 0.52al0.48as pode obter mellores características de ganancia que a INP como capa multiplicadora baixo a condición de inxección de electróns pura.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas e Ingaas/In (Al) Gaas/Inalas
A taxa de ionización de impacto dos materiais é un factor importante que afecta o rendemento da APD. Os resultados mostran que a taxa de ionización de colisión da capa de multiplicador pódese mellorar introducindo estruturas de superlice INGAAS (P) /IN (Al) GaAs /Inalas. Ao usar a estrutura de superlice, a enxeñaría de bandas pode controlar artificialmente a discontinuidade asimétrica da banda entre a banda de condución e os valores da banda de valencia e asegurarse de que a descontinuidade da banda de condución é moito maior que a descontinuidade da banda de valencia (ΔEC >> ΔEV). En comparación cos materiais a granel InGaAs, aumenta significativamente a taxa de ionización de ionización de electróns de INGAAS/INALAS (A) e os electróns e buracos gañan enerxía extra. Debido a ΔEC >> ΔEV, pódese esperar que a enerxía obtida polos electróns aumente a taxa de ionización de electróns moito máis que a contribución da enerxía do burato á taxa de ionización do burato (B). A relación (k) da taxa de ionización de electróns a taxa de ionización do burato aumenta. Polo tanto, pódese obter o produto de alta ganancia de ancho de banda (GBW) e o baixo rendemento de ruído aplicando estruturas de superlice. Non obstante, esta estrutura de pozos cuánticos INGAAS/INALAS APD, que pode aumentar o valor K, é difícil de aplicar aos receptores ópticos. Isto débese a que o factor multiplicador que afecta á máxima resposta está limitado pola corrente escura, non polo ruído multiplicador. Nesta estrutura, a corrente escura é causada principalmente polo efecto de túnel da capa de pozo de InGaAs cunha estreita fenda de banda, polo que a introdución dunha aleación cuaternaria de banda ancha, como INGAP ou Inalgaas, en lugar de InGaAs como a capa do pozo da estrutura do pozo cuántico pode suprimir a corrente escura.
Tempo de publicación: 13 de novembro-2023