Samenvatting: het basisstructuur en het werkprincipe van Avalanche Photodetector (APD -fotodetector) worden geïntroduceerd, het evolutieproces van de apparaatstructuur wordt geanalyseerd, de huidige onderzoeksstatus is samengevat en de toekomstige ontwikkeling van APD wordt prospectief bestudeerd.
1. Inleiding
Een fotodetector is een apparaat dat lichtsignalen omzet in elektrische signalen. In eenhalfgeleider fotodetector, de door de foto gegenereerde drager opgewonden door het invallende foton komt het externe circuit binnen onder de toegepaste biasspanning en vormt een meetbare fotostroom. Zelfs bij de maximale responsiviteit kan een pin-fotodiode alleen maximaal een paar elektronengatparen produceren, wat een apparaat is zonder interne versterking. Voor een grotere reactievermogen kan een lawine -fotodiode (APD) worden gebruikt. Het versterkingseffect van APD op fotostroom is gebaseerd op het ionisatie -botsingseffect. Onder bepaalde omstandigheden kunnen de versnelde elektronen en gaten voldoende energie verkrijgen om te botsen met het rooster om een nieuw paar elektronengatparen te produceren. Dit proces is een kettingreactie, zodat het paar elektronengatparen gegenereerd door lichtabsorptie een groot aantal elektronengatparen kan produceren en een grote secundaire fotostroom kan vormen. Daarom heeft APD een hoge responsiviteit en interne versterking, die de signaal-ruisverhouding van het apparaat verbetert. APD zal voornamelijk worden gebruikt in langeafstands- of kleinere optische vezelcommunicatiesystemen met andere beperkingen op het ontvangen optische vermogen. Op dit moment zijn veel experts op het gebied van optische apparaten zeer optimistisch over de vooruitzichten van APD en zijn ze van mening dat het onderzoek van APD nodig is om het internationale concurrentievermogen van gerelateerde gebieden te verbeteren.
2. Technische ontwikkeling vanlawine fotodetector(APD Photodetector)
2.1 Materialen
(1)Si Photodetector
SI Material Technology is een volwassen technologie die op grote schaal wordt gebruikt op het gebied van micro -elektronica, maar het is niet geschikt voor het bereiden van apparaten in het golflengtebereik van 1,31 mm en 1,55 mm die algemeen worden geaccepteerd op het gebied van optische communicatie.
(2) GE
Hoewel de spectrale respons van GE APD geschikt is voor de vereisten van laag verlies en lage dispersie bij optische vezeloverdracht, zijn er grote problemen in het voorbereidingsproces. Bovendien ligt GE's elektronen- en gationisatieratio-verhouding dicht bij () 1, dus het is moeilijk om APD-apparaten met krachtige prestaties voor te bereiden.
(3) In0.53ga0.47As/Inp
Het is een effectieve methode om in0.53ga0.47As te selecteren als de lichtabsorptielaag van APD en INP als de multiplier -laag. De absorptiepiek van In0.53GA0.47AS-materiaal is 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm golflengte is ongeveer 104 cm-1 hoge absorptiecoëfficiënt, het voorkeursmateriaal voor de absorptielaag van lichtdetector op dit moment.
(4)Ingaas photodetector/Infotodetector
Door Ingaasp te selecteren als de lichtabsorberende laag en INP als de multiplier-laag, kan APD met een responsgolflengte van 1-1,4 mm, hoge kwantumefficiëntie, lage donkere stroom en hoge lawine-versterking worden bereid. Door verschillende legeringscomponenten te selecteren, worden de beste prestaties voor specifieke golflengten bereikt.
(5) Ingaas/Inalas
In0.52Al0.48AS -materiaal heeft een bandafstand (1.47ev) en absorbeert niet bij het golflengtebereik van 1,55 mm. Er zijn aanwijzingen dat dunne in0.52al0.48As epitaxiale laag betere versterkingskenmerken kan verkrijgen dan INP als een multiplicatorlaag onder de voorwaarde van pure elektroneninjectie.
(6) IngaaS/Ingaas (P)/Inalas en Ingaas/In (Al) GaAs/Inalas
De impact ionisatiesnelheid van materialen is een belangrijke factor die de prestaties van APD beïnvloedt. De resultaten tonen aan dat de botsingsionisatiesnelheid van de multiplier -laag kan worden verbeterd door Ingaas (P) /INALA's en in (AL) GaAs /Inalas Superlattice -structuren te introduceren. Door de superroosterstructuur te gebruiken, kan de bandtechniek de asymmetrische bandrand discontinuïteit tussen de geleidingsband en de valentiebandwaarden kunstmatig regelen en ervoor zorgen dat de discontinuïteit van de geleidingsband veel groter is dan de discontinuïteit van de valentieband (ΔEC >> ΔEV). Vergeleken met IngaaS -bulkmaterialen, is IngaaS/Inalas kwantumput elektronenionisatiesnelheid (A) aanzienlijk verhoogd en krijgen elektronen en gaten extra energie. Vanwege AEC >> Δev kan worden verwacht dat de energie die wordt verkregen door elektronen de elektronenionisatiesnelheid veel meer verhoogt dan de bijdrage van gatenergie aan gationisatiesnelheid (B). De verhouding (k) van elektronenionisatiesnelheid tot gationisatiesnelheid neemt toe. Daarom kunnen een hoog versterkings-bandbreedteproduct (GBW) en lage ruisprestaties worden verkregen door superroostersstructuren toe te passen. Deze INGAAS/INALAS Quantum Well -structuur APD, die de K -waarde kan verhogen, is echter moeilijk van toepassing op optische ontvangers. Dit komt omdat de multiplierfactor die de maximale responsiviteit beïnvloedt, wordt beperkt door de donkere stroom, niet door de multiplierruis. In deze structuur wordt de donkere stroom voornamelijk veroorzaakt door het tunneleffect van de Ingaas Well Layer met een smalle bandafstand, dus de introductie van een brede banden gap quaternaire legering, zoals Ingaasp of Inalaas, in plaats van Ingaas als de putlaag van de kwantumwell structuur kan de donkere stroom onderdrukken.
Posttijd: nov-13-2023