Abstract: Ang pangunahing istraktura at prinsipyo ng pagtatrabaho ng avalanche photodetector (APD Photodetector) ay ipinakilala, ang proseso ng ebolusyon ng istraktura ng aparato ay nasuri, ang kasalukuyang katayuan ng pananaliksik ay buod, at ang hinaharap na pag -unlad ng APD ay prospectively na pinag -aralan.
1. Panimula
Ang isang photodetector ay isang aparato na nagko -convert ng mga light signal sa mga de -koryenteng signal. Sa aSemiconductor Photodetector, Ang carrier na nabuo ng larawan na nasasabik sa insidente na photon ay pumapasok sa panlabas na circuit sa ilalim ng inilapat na boltahe ng bias at bumubuo ng isang nasusukat na photocurrent. Kahit na sa maximum na pagtugon, ang isang PIN photodiode ay maaari lamang makagawa ng isang pares ng mga pares ng electron-hole sa karamihan, na kung saan ay isang aparato na walang panloob na pakinabang. Para sa higit na pagtugon, maaaring magamit ang isang avalanche photodiode (APD). Ang epekto ng pagpapalakas ng APD sa photocurrent ay batay sa epekto ng pagbangga ng ionization. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang pinabilis na mga electron at butas ay maaaring makakuha ng sapat na enerhiya upang mabangga sa sala-sala upang makagawa ng isang bagong pares ng mga pares ng elektron-hole. Ang prosesong ito ay isang reaksyon ng kadena, upang ang pares ng mga pares ng elektron-hole na nabuo ng light pagsipsip ay maaaring makagawa ng isang malaking bilang ng mga pares ng elektron-hole at bumubuo ng isang malaking pangalawang photocurrent. Samakatuwid, ang APD ay may mataas na pagtugon at panloob na pakinabang, na nagpapabuti sa ratio ng signal-to-ingay ng aparato. Ang APD ay pangunahing gagamitin sa pangmatagalang o mas maliit na optical na mga sistema ng komunikasyon ng hibla na may iba pang mga limitasyon sa natanggap na optical power. Sa kasalukuyan, maraming mga eksperto sa optical na aparato ang napaka -optimista tungkol sa mga prospect ng APD, at naniniwala na ang pananaliksik ng APD ay kinakailangan upang mapahusay ang internasyonal na kompetisyon ng mga kaugnay na larangan.
2. Pag -unlad ng Teknikal ngAvalanche Photodetector(APD Photodetector)
2.1 Mga Materyales
(1)SI Photodetector
Ang teknolohiyang materyal ng SI ay isang mature na teknolohiya na malawakang ginagamit sa larangan ng microelectronics, ngunit hindi ito angkop para sa paghahanda ng mga aparato sa saklaw ng haba ng haba ng 1.31mm at 1.55mm na karaniwang tinatanggap sa larangan ng optical na komunikasyon.
(2) Ge
Bagaman ang parang multo na tugon ng GE APD ay angkop para sa mga kinakailangan ng mababang pagkawala at mababang pagpapakalat sa optical fiber transmission, may malaking paghihirap sa proseso ng paghahanda. Bilang karagdagan, ang ratio ng rate ng ionization ng elektron at hole ng GE ay malapit sa () 1, kaya mahirap maghanda ng mga aparato na may mataas na pagganap na APD.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
Ito ay isang epektibong pamamaraan upang piliin ang IN0.53GA0.47As bilang light absorption layer ng APD at INP bilang multiplier layer. Ang pagsipsip ng rurok ng IN0.53GA0.47as na materyal ay 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm haba ng haba ay tungkol sa 104cm-1 mataas na koepisyent ng pagsipsip, na kung saan ay ang ginustong materyal para sa layer ng pagsipsip ng light detector sa kasalukuyan.
(4)Ingaas Photodetector/SaPhotodetector
Sa pamamagitan ng pagpili ng Ingaasp bilang ilaw na sumisipsip ng layer at INP bilang multiplier layer, APD na may isang haba ng haba ng tugon na 1-1.4mm, mataas na kahusayan ng dami, mababang madilim na kasalukuyang at mataas na pakinabang ng avalanche. Sa pamamagitan ng pagpili ng iba't ibang mga sangkap ng haluang metal, nakamit ang pinakamahusay na pagganap para sa mga tiyak na haba ng haba ng haba.
(5) Ingaas/Inalas
Ang In0.52Al0.48as Material ay may isang puwang ng band (1.47EV) at hindi sumipsip sa saklaw ng haba ng haba ng 1.55mm. Mayroong katibayan na ang manipis na IN0.52Al0.48as epitaxial layer ay maaaring makakuha ng mas mahusay na makakuha ng mga katangian kaysa sa INP bilang isang multiplicator layer sa ilalim ng kondisyon ng purong elektron na iniksyon.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs and InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Ang epekto ng ionization rate ng mga materyales ay isang mahalagang kadahilanan na nakakaapekto sa pagganap ng APD. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang rate ng pag -ion ng banggaan ng multiplier layer ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagpapakilala sa InaaS (P) /Inalas at sa (AL) GaAs /Inalas Superlattice Structures. Sa pamamagitan ng paggamit ng superlattice na istraktura, ang bandang engineering ay maaaring artipisyal na kontrolin ang kawalaan ng simetrya band na pagtanggi sa pagitan ng conduction band at ang mga halaga ng valence band, at tiyakin na ang discontinuity ng bandang conduction ay mas malaki kaysa sa valence band discontinuity (ΔEC >> ΔEV). Kung ikukumpara sa mga materyal na bulk na Ingaas, ang IngaaS/Inalas quantum na mahusay na rate ng ionization (A) ay makabuluhang nadagdagan, at ang mga electron at butas ay nakakakuha ng labis na enerhiya. Dahil sa ΔEC >> ΔEV, inaasahan na ang enerhiya na nakuha ng mga electron ay nagdaragdag ng rate ng ionization ng elektron kaysa sa kontribusyon ng enerhiya ng butas sa rate ng ionization ng butas (b). Ang ratio (k) ng rate ng ionization ng elektron sa pagtaas ng rate ng ionization. Samakatuwid, ang mataas na gain-bandwidth product (GBW) at mababang pagganap ng ingay ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-apply ng mga istruktura ng superlattice. Gayunpaman, ang IngaaS/Inalas quantum well na istraktura ng APD, na maaaring dagdagan ang halaga ng K, ay mahirap mag -aplay sa mga optical receiver. Ito ay dahil ang multiplier factor na nakakaapekto sa maximum na pagtugon ay limitado ng madilim na kasalukuyang, hindi ang multiplier na ingay. Sa istraktura na ito, ang madilim na kasalukuyang ay pangunahing sanhi ng tunneling na epekto ng IngaaS na mahusay na layer na may isang makitid na agwat ng banda, kaya ang pagpapakilala ng isang malawak na band gap quaternary alloy, tulad ng Ingaasp o Inalgaas, sa halip na Ingaas pati na rin ang mahusay na layer ng dami ng maayos na istraktura ay maaaring sugpuin ang madilim na kasalukuyang.
Oras ng Mag-post: Nob-13-2023