Аннотация: Көшкін фотодетекторының негізгі құрылымы және жұмыс принципі (APD фотодетекторы) енгізілді, құрылғы құрылымының эволюциялық процесі талданады, қазіргі зерттеу жағдайы қорытындыланады және APD болашақ дамуы перспективалық түрде зерттеледі.
1. Кіріспе
Фотодетектор - жарық сигналдарын электрлік сигналдарға түрлендіретін құрылғы.Ішіндежартылай өткізгішті фотодетектор, түскен фотонмен қоздырылған фото-генерацияланған тасымалдаушы қолданылған ығысу кернеуі бойынша сыртқы контурға еніп, өлшенетін фототок құрайды.Тіпті максималды жауап беру кезінде де PIN фотодиоды ең көбі тек жұп электрон-саңылау жұптарын шығара алады, бұл ішкі пайдасыз құрылғы.Үлкенірек жауап беру үшін көшкін фотодиодын (APD) пайдалануға болады.АПД-ның фототокқа күшейту әсері иондану коллизия эффектісіне негізделген.Белгілі бір жағдайларда жеделдетілген электрондар мен саңылаулар жаңа жұп электрон-тесік жұптарын шығару үшін тормен соқтығысуға жеткілікті энергияны ала алады.Бұл процесс тізбекті реакция болып табылады, сондықтан жарық жұту нәтижесінде пайда болатын жұп электрон-тесік жұптары көп электрон-тесік жұптарын тудырып, үлкен екінші реттік фототок түзе алады.Сондықтан APD жоғары жауап беру қабілетіне және құрылғының сигнал-шуылға қатынасын жақсартатын ішкі күшейтуге ие.APD негізінен алынған оптикалық қуаттағы басқа шектеулері бар қалааралық немесе кішірек оптикалық талшықты байланыс жүйелерінде қолданылады.Қазіргі уақытта көптеген оптикалық құрылғылардың сарапшылары APD болашағына өте оптимистік көзқараспен қарайды және APD зерттеулері байланысты салалардың халықаралық бәсекеге қабілеттілігін арттыру үшін қажет деп санайды.
2. Техникалық дамуықар көшкіні фотодетекторы(APD фотодетекторы)
2.1 Материалдар
(1)Si фотодетекторы
Si материалды технологиясы микроэлектроника саласында кеңінен қолданылатын жетілген технология болып табылады, бірақ ол оптикалық байланыс саласында жалпы қабылданған 1,31мм және 1,55мм толқын ұзындығы диапазонындағы құрылғыларды дайындауға жарамайды.
(2) Г
Ge APD спектрлік реакциясы оптикалық талшықты беруде аз шығын және төмен дисперсия талаптарына сәйкес болғанымен, дайындау процесінде үлкен қиындықтар бар.Сонымен қатар, Ge электронды және саңылаулардың иондану жылдамдығының қатынасы () 1-ге жақын, сондықтан өнімділігі жоғары APD құрылғыларын дайындау қиын.
(3)In0,53Ga0,47As/InP
Бұл APD жарық сіңіру қабаты ретінде In0.53Ga0.47As және көбейткіш қабат ретінде InP таңдаудың тиімді әдісі.In0.53Ga0.47As материалының жұту шыңы 1,65 мм, 1,31 мм, 1,55 мм толқын ұзындығы шамамен 104 см-1 жоғары жұту коэффициенті, бұл қазіргі уақытта жарық детекторының сіңіру қабаты үшін қолайлы материал болып табылады.
(4)InGaAs фотодетекторы/Inфотодетектор
Жарық сіңіретін қабат ретінде InGaAsP және көбейткіш қабат ретінде InP таңдау арқылы толқын ұзындығы 1-1,4 мм, жоғары кванттық тиімділік, төмен қараңғы ток және көшкіннің жоғары күшеюі бар APD дайындалуы мүмкін.Әртүрлі қорытпа компоненттерін таңдау арқылы нақты толқын ұзындығы үшін ең жақсы өнімділікке қол жеткізіледі.
(5)InGaAs/InAlAs
In0,52Al0,48As материалында жолақ аралығы (1,47эВ) бар және толқын ұзындығы 1,55 мм диапазонында жұтылмайды.Жұқа In0.52Al0.48As эпитаксиалды қабаты таза электронды инъекция жағдайында мультипликатор қабаты ретінде InP-ге қарағанда жақсы күшейту сипаттамаларын ала алатыны туралы дәлелдер бар.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs және InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Материалдардың әсер ету иондану жылдамдығы APD өнімділігіне әсер ететін маңызды фактор болып табылады.Нәтижелер InGaAs (P) /InAlAs және In (Al) GaAs/InAlAs суперторлы құрылымдарын енгізу арқылы көбейткіш қабаттың соқтығысу иондану жылдамдығын жақсартуға болатынын көрсетеді.Асқын тор құрылымын қолдану арқылы жолақ инженериясы өткізгіштік жолағы мен валенттік жолақ мәндері арасындағы асимметриялық жолақ жиегінің үзіліссіздігін жасанды түрде басқара алады және өткізгіштік жолағының үзіліссіздігі валенттік жолақ үзілісінен (ΔEc>>ΔEv) әлдеқайда үлкен болуын қамтамасыз ете алады.InGaAs сусымалы материалдарымен салыстырғанда, InGaAs/InAlAs кванттық ұңғыманың электронды иондану жылдамдығы (a) айтарлықтай артады, ал электрондар мен тесіктер қосымша энергия алады.ΔEc>>ΔEv арқасында электрондар алған энергия саңылау энергиясының саңылау иондану жылдамдығына (b) қосқан үлесіне қарағанда электрондардың иондану жылдамдығын әлдеқайда жоғарылатады деп күтуге болады.Электронды иондану жылдамдығының саңылау иондану жылдамдығына қатынасы (k) артады.Сондықтан, жоғары өткізу қабілеттілігі өнімді (GBW) және төмен шу өнімділігін суперторлы құрылымдарды қолдану арқылы алуға болады.Дегенмен, k мәнін арттыра алатын бұл InGaAs/InAlAs кванттық ұңғыма құрылымын APD оптикалық қабылдағыштарға қолдану қиын.Өйткені, максималды жауап беру қабілетіне әсер ететін көбейткіш фактор мультипликатор шуымен емес, қараңғы токпен шектеледі.Бұл құрылымда қараңғы ток негізінен тар жолағы бар InGaAs ұңғы қабатының туннельдік әсерінен туындайды, сондықтан ұңғыма қабаты ретінде InGaAs орнына InGaAsP немесе InAlGaAs сияқты кең жолақты саңылау төрттік қорытпасын енгізу. кванттық ұңғыма құрылымы қараңғы токты басуы мүмкін.
Жіберу уақыты: 13 қараша 2023 ж