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 pagbuo ng APD ay inaasahang pinag-aralan.
1. Panimula
Ang photodetector ay isang device na nagko-convert ng mga light signal sa electrical signal.Sa isangsemiconductor photodetector, ang photo-generated carrier na nasasabik ng insidente na photon ay pumapasok sa panlabas na circuit sa ilalim ng inilapat na bias na boltahe at bumubuo ng isang masusukat na photocurrent.Kahit na sa pinakamataas na pagtugon, ang isang PIN photodiode ay makakagawa lamang ng isang pares ng electron-hole pairs sa karamihan, na isang device na walang panloob na pakinabang.Para sa higit na pagtugon, maaaring gumamit ng avalanche photodiode (APD).Ang epekto ng amplification ng APD sa photocurrent ay batay sa epekto ng banggaan ng ionization.Sa ilang partikular na kundisyon, ang pinabilis na mga electron at butas ay maaaring makakuha ng sapat na enerhiya upang bumangga sa sala-sala upang makabuo ng bagong pares ng mga pares ng electron-hole.Ang prosesong ito ay isang chain reaction, upang ang pares ng electron-hole pairs na nabuo sa pamamagitan ng light absorption ay maaaring makabuo ng malaking bilang ng electron-hole pairs at bumuo ng isang malaking pangalawang photocurrent.Samakatuwid, ang APD ay may mataas na pagtugon at panloob na pakinabang, na nagpapahusay sa signal-to-noise ratio ng device.Ang APD ay pangunahing gagamitin sa malayuan o mas maliit na optical fiber na mga sistema ng komunikasyon na may iba pang mga limitasyon sa natanggap na optical power.Sa kasalukuyan, maraming mga eksperto sa optical device ang napaka-optimistiko tungkol sa mga prospect ng APD, at naniniwala na ang pananaliksik ng APD ay kinakailangan upang mapahusay ang internasyonal na competitiveness ng mga kaugnay na larangan.
2. Teknikal na pag-unlad ngavalanche photodetector(APD photodetector)
2.1 Mga Materyales
(1)Isang photodetector
Si material technology ay isang mature na teknolohiya na malawakang ginagamit sa larangan ng microelectronics, ngunit hindi ito angkop para sa paghahanda ng mga device sa wavelength range na 1.31mm at 1.55mm na karaniwang tinatanggap sa larangan ng optical communication.
(2)Ge
Kahit na ang parang multo na tugon ng Ge APD ay angkop para sa mga kinakailangan ng mababang pagkawala at mababang pagpapakalat sa paghahatid ng optical fiber, may mga malalaking kahirapan sa proseso ng paghahanda.Bilang karagdagan, ang ratio ng electron at hole ionization rate ng Ge ay malapit sa () 1, kaya mahirap maghanda ng mga aparatong APD na may mataas na pagganap.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Ito ay isang epektibong paraan upang piliin ang In0.53Ga0.47As bilang light absorption layer ng APD at InP bilang multiplier layer.Ang absorption peak ng In0.53Ga0.47As na materyal ay 1.65mm, 1.31mm,1.55mm wavelength ay humigit-kumulang 104cm-1 high absorption coefficient, na siyang gustong materyal para sa absorption layer ng light detector sa kasalukuyan.
(4)InGaAs photodetector/Saphotodetector
Sa pamamagitan ng pagpili sa InGaAsP bilang light absorbing layer at InP bilang multiplier layer, ang APD na may response wavelength na 1-1.4mm, mataas na quantum efficiency, mababang dark current at mataas na avalanche gain ay maaaring ihanda.Sa pamamagitan ng pagpili ng iba't ibang mga bahagi ng haluang metal, ang pinakamahusay na pagganap para sa mga tiyak na haba ng daluyong ay nakakamit.
(5)InGaAs/InAlAs
Ang materyal na In0.52Al0.48As ay may band gap (1.47eV) at hindi sumisipsip sa wavelength range na 1.55mm.May katibayan na ang manipis na In0.52Al0.48As epitaxial layer ay maaaring makakuha ng mas mahusay na mga katangian ng pakinabang kaysa sa InP bilang isang multiplicator layer sa ilalim ng kondisyon ng purong electron injection.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs at InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Ang epekto ng rate ng ionization ng mga materyales ay isang mahalagang kadahilanan na nakakaapekto sa pagganap ng APD.Ang mga resulta ay nagpapakita na ang collision ionization rate ng multiplier layer ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagpapakilala ng InGaAs (P) /InAlAs at In (Al) GaAs/InAlAs superlattice structures.Sa pamamagitan ng paggamit ng superlattice structure, maaaring artipisyal na kontrolin ng band engineering ang asymmetric band edge discontinuity sa pagitan ng conduction band at mga value ng valence band, at matiyak na ang conduction band discontinuity ay mas malaki kaysa sa valence band discontinuity (ΔEc>>ΔEv).Kung ikukumpara sa mga bulk na materyales ng InGaAs, ang InGaAs/InAlAs quantum well electron ionization rate (a) ay makabuluhang tumaas, at ang mga electron at hole ay nakakakuha ng dagdag na enerhiya.Dahil sa ΔEc>>ΔEv, maaaring asahan na ang enerhiya na nakuha ng mga electron ay nagpapataas ng electron ionization rate nang higit pa kaysa sa kontribusyon ng hole energy sa hole ionization rate (b).Ang ratio (k) ng electron ionization rate sa hole ionization rate ay tumataas.Samakatuwid, ang high gain-bandwidth na produkto (GBW) at mababang pagganap ng ingay ay maaaring makuha sa pamamagitan ng paglalapat ng mga istrukturang superlattice.Gayunpaman, itong InGaAs/InAlAs quantum well structure APD, na maaaring tumaas ang k value, ay mahirap ilapat sa mga optical receiver.Ito ay dahil ang multiplier factor na nakakaapekto sa maximum na pagtugon ay nililimitahan ng dark current, hindi ng multiplier na ingay.Sa istrukturang ito, ang dark current ay pangunahing sanhi ng tunneling effect ng InGaAs well layer na may makitid na band gap, kaya ang pagpapakilala ng wide-band gap quaternary alloy, gaya ng InGaAsP o InAlGaAs, sa halip na InGaAs bilang well layer. ng quantum well structure ay maaaring sugpuin ang madilim na agos.
Oras ng post: Nob-13-2023