Аңдатпа: Көшкін фотодетекторының негізгі құрылымы және жұмыс принципі (APD фотодетекторы) енгізіледі, құрылғы құрылымының эволюциялық процесі талданады, ағымдағы зерттеу мәртебесі қорытындыланады және APD-нің болашақ дамуы перспективалық түрде зерттеледі.
1. Кіріспе
Фотодетектор - жарық сигналдарын электрлік сигналдарға түрлендіретін құрылғы.жартылай өткізгіш фотодетектор, түскен фотонмен қоздырылған фотогенерацияланған тасымалдаушы қолданылған ығысу кернеуі кезінде сыртқы тізбекке енеді және өлшенетін фототок түзеді. Тіпті ең жоғары жауап беру кезінде де PIN фотодиоды тек электрон-тесік жұптарының жұбын ғана шығара алады, бұл ішкі күшейтусіз құрылғы. Жоғары жауап беру үшін көшкін фотодиодын (APD) пайдалануға болады. APD-нің фототокқа күшейту әсері иондану соқтығысу әсеріне негізделген. Белгілі бір жағдайларда үдетілген электрондар мен тесіктер жаңа электрон-тесік жұптарын жасау үшін тормен соқтығысуға жеткілікті энергия ала алады. Бұл процесс тізбекті реакция болып табылады, сондықтан жарықтың жұтылуы нәтижесінде пайда болған электрон-тесік жұптары көптеген электрон-тесік жұптарын шығарып, үлкен екінші реттік фототок түзе алады. Сондықтан APD жоғары жауап беру қабілетіне және ішкі күшейтуге ие, бұл құрылғының сигнал-шу қатынасын жақсартады. APD негізінен қабылданған оптикалық қуатқа басқа шектеулері бар алыс қашықтықтағы немесе кішірек оптикалық талшықты байланыс жүйелерінде қолданылады. Қазіргі уақытта көптеген оптикалық құрылғылар саласындағы сарапшылар APD болашағына өте оптимистік көзқараспен қарайды және APD-ны зерттеу байланысты салалардың халықаралық бәсекеге қабілеттілігін арттыру үшін қажет деп санайды.
2. Техникалық әзірлемекөшкін фотодетекторы(APD фотодетекторы)
2.1 Материалдар
(1)Si фотодетекторы
Si материал технологиясы микроэлектроника саласында кеңінен қолданылатын жетілген технология, бірақ ол оптикалық байланыс саласында жалпы қабылданған 1,31 мм және 1,55 мм толқын ұзындығы диапазонындағы құрылғыларды дайындауға жарамайды.
(2)Ге
Ge APD спектрлік реакциясы оптикалық талшықты берудегі төмен шығын және төмен дисперсия талаптарына сәйкес келгенімен, дайындау процесінде үлкен қиындықтар бар. Сонымен қатар, Ge электрон мен кемтік иондану жылдамдығының қатынасы () 1-ге жақын, сондықтан жоғары өнімді APD құрылғыларын дайындау қиын.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD жарық сіңіру қабаты ретінде In0.53Ga0.47As және мультипликатор қабаты ретінде InP таңдау тиімді әдіс болып табылады. In0.53Ga0.47As материалының сіңіру шыңы 1,65 мм, 1,31 мм, 1,55 мм толқын ұзындығы шамамен 104 см-1 жоғары сіңіру коэффициентіне тең, бұл қазіргі уақытта жарық детекторының сіңіру қабаты үшін ең қолайлы материал болып табылады.
(4)InGaAs фотодетекторы/Ішіндефотодетектор
Жарықты сіңіретін қабат ретінде InGaAsP және көбейткіш қабат ретінде InP таңдау арқылы 1-1,4 мм жауап толқын ұзындығымен, жоғары кванттық тиімділікпен, төмен қараңғы токпен және жоғары көшкін күшейтуімен APD дайындалуы мүмкін. Әртүрлі қорытпа компоненттерін таңдау арқылы белгілі бір толқын ұзындықтары үшін ең жақсы өнімділікке қол жеткізіледі.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As материалының тыйым салынған аймағы (1.47 эВ) бар және 1.55 мм толқын ұзындығы диапазонында сіңірілмейді. Таза электронды инъекция жағдайында жұқа In0.52Al0.48As эпитаксиалды қабаты мультипликатор қабаты ретінде InP-ге қарағанда жақсы күшейту сипаттамаларын ала алатындығы туралы дәлелдер бар.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs және InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Материалдардың соққы иондану жылдамдығы APD өнімділігіне әсер ететін маңызды фактор болып табылады. Нәтижелер көбейткіш қабаттың соқтығысу иондану жылдамдығын InGaAs (P) /InAlAs және In (Al) GaAs/InAlAs суперторлы құрылымдарын енгізу арқылы жақсартуға болатынын көрсетеді. Суперторлы құрылымды пайдалану арқылы жолақты инженерия өткізгіштік жолағы мен валенттік жолақ мәндері арасындағы асимметриялық жолақ шетінің үзілісін жасанды түрде басқара алады және өткізгіштік жолағының үзілісінің валенттік жолақ үзілісінен әлдеқайда үлкен болуын қамтамасыз ете алады (ΔEc>>ΔEv). InGaAs көлемді материалдарымен салыстырғанда, InGaAs/InAlAs кванттық ұңғыма электрондарының иондану жылдамдығы (a) айтарлықтай артады, ал электрондар мен кемтіктер қосымша энергия алады. ΔEc>>ΔEv арқасында электрондар алатын энергия электрондардың иондану жылдамдығын тесік энергиясының тесік иондану жылдамдығына (b) қосқан үлесінен әлдеқайда көп арттырады деп күтуге болады. Электрондардың иондану жылдамдығының тесік иондану жылдамдығына қатынасы (k) артады. Сондықтан, жоғары күшейту-өткізу қабілетінің көбейтіндісі (GBW) және төмен шу өнімділігі суперторлы құрылымдарды қолдану арқылы алынуы мүмкін. Дегенмен, k мәнін арттыра алатын бұл InGaAs/InAlAs кванттық ұңғы құрылымының APD-ін оптикалық қабылдағыштарға қолдану қиын. Себебі, максималды жауап беруге әсер ететін көбейткіш фактор көбейткіш шуымен емес, қараңғы токпен шектеледі. Бұл құрылымда қараңғы ток негізінен тар жолақты саңылауы бар InGaAs ұңғы қабатының туннельдік әсерінен туындайды, сондықтан кванттық ұңғы құрылымының ұңғы қабаты ретінде InGaAs орнына кең жолақты саңылаулы төрттік қорытпаны, мысалы, InGaAsP немесе InAlGaAs енгізу қараңғы токты басуы мүмкін.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 13 қараша