Resumo: A estrutura básica e o princípio de trabalho do fotodetector de avalanche (Fotodetector ADP) são introduzidos, o processo de evolução da estrutura do dispositivo é analisado, o status atual da pesquisa está resumido e o desenvolvimento futuro da APD é estudado prospectivamente.
1. Introdução
Um fotodetector é um dispositivo que converte sinais de luz em sinais elétricos. Em umfotodetector semicondutor, o transportador gerado pela foto excitado pelo fóton incidente entra no circuito externo sob a tensão de polarização aplicada e forma uma fotocorrente mensurável. Mesmo com a capacidade máxima, um fotodiodo Pin pode produzir apenas um par de pares de orifícios de elétrons, no máximo, que é um dispositivo sem ganho interno. Para maior capacidade de resposta, um fotodiodo de avalanche (APD) pode ser usado. O efeito de amplificação do APD na fotocorrente é baseado no efeito de colisão de ionização. Sob certas condições, os elétrons e orifícios acelerados podem obter energia suficiente para colidir com a treliça para produzir um novo par de pares de orifícios de elétrons. Esse processo é uma reação em cadeia, de modo que o par de pares de orifícios de elétrons gerados por absorção de luz pode produzir um grande número de pares de orifícios de elétrons e formar uma grande fotocorrente secundária. Portanto, o APD possui alta capacidade de resposta e ganho interno, o que melhora a relação sinal / ruído do dispositivo. A APD será usada principalmente em sistemas de comunicação de fibra óptica de longa distância ou fibra óptica com outras limitações na potência óptica recebida. Atualmente, muitos especialistas em dispositivos ópticos estão muito otimistas sobre as perspectivas de APD e acreditam que a pesquisa de DPA é necessária para melhorar a competitividade internacional dos campos relacionados.
2. Desenvolvimento técnico defotodetector de avalanche(Fotodetector APD)
2.1 Materiais
(1)Fotodetector SI
A tecnologia de material Si é uma tecnologia madura que é amplamente utilizada no campo da microeletrônica, mas não é adequada para a preparação de dispositivos na faixa de comprimento de onda de 1,31 mm e 1,55 mm que geralmente são aceitos no campo da comunicação óptica.
(2) ge
Embora a resposta espectral do GE APD seja adequada para os requisitos de baixa perda e baixa dispersão na transmissão de fibra óptica, há grandes dificuldades no processo de preparação. Além disso, a taxa de taxa de ionização de elétrons e orifícios da GE está próxima de () 1, por isso é difícil preparar dispositivos APD de alto desempenho.
(3) in0.53ga0.47as/inp
É um método eficaz para selecionar IN0.53GA0.47As como a camada de absorção de luz de APD e INP como a camada multiplicadora. O pico de absorção do material IN0.53GA0.47As é de 1,65 mm, 1,31 mm e 1,55 mm de comprimento de onda é de cerca de 104cm-1 de alto coeficiente de absorção, que é o material preferido para a camada de absorção do detector de luz atualmente.
(4)Fotodetector InGaas/Emfotodetector
Ao selecionar o Ingaasp como a camada de absorção de luz e o INP como camada multiplicadora, APD com um comprimento de onda de resposta de 1-1,4 mm, alta eficiência quântica, baixa corrente escura e alto ganho de avalanche podem ser preparados. Ao selecionar diferentes componentes de liga, o melhor desempenho para comprimentos de onda específicos é alcançado.
(5) InGaas/inalas
IN0.52AL0.48As O material possui um intervalo de banda (1,47ev) e não absorve na faixa de comprimento de onda de 1,55 mm. Há evidências de que a camada epitaxial de 0.52al0.48s fina pode obter melhores características de ganho do que a INP como uma camada multiplicadora sob a condição de injeção pura de elétrons.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas e InGaas/in (Al) Gaas/Inalas
A taxa de ionização de impacto dos materiais é um fator importante que afeta o desempenho do APD. Os resultados mostram que a taxa de ionização de colisão da camada multiplicadora pode ser melhorada com a introdução de InGaas (P) /Inalas e nas estruturas de superlattices (Al) GaAs /Inalas. Usando a estrutura de superlattice, a engenharia da banda pode controlar artificialmente a descontinuidade da borda da banda assimétrica entre a banda de condução e os valores da banda de valência e garantir que a descontinuidade da banda de condução seja muito maior que a descontinuidade da banda de valência (ΔEC >> ΔEV). Comparado com os materiais a granel de InGaas, a taxa de ionização de elétrons do poço quântico InGaas/Inalas (A) aumenta significativamente e os elétrons e os orifícios ganham energia extra. Devido a Δec >> ΔEV, pode -se esperar que a energia obtida pelos elétrons aumente a taxa de ionização do elétron muito mais do que a contribuição da taxa de energia do orifício para a taxa de ionização do orifício (B). A razão (k) da taxa de ionização de elétrons para a taxa de ionização do orifício aumenta. Portanto, o produto de alta largura de banda de ganho (GBW) e desempenho de baixo ruído podem ser obtidos aplicando estruturas de superlattice. No entanto, este poço quântico de InGAAs/Inalas estrutura APD, que pode aumentar o valor K, é difícil de aplicar aos receptores ópticos. Isso ocorre porque o fator multiplicador que afeta a capacidade máxima é limitado pela corrente escura, não pelo ruído multiplicador. Nesta estrutura, a corrente escura é causada principalmente pelo efeito de tunelamento da camada de poço InGaas com uma lacuna estreita de banda, portanto a introdução de uma liga quaternária de lacuna de banda larga, como Ingaasp ou Inalgaas, em vez de Ingaas como a camada de poço da estrutura do poço quântico, pode suprimir a corrente escura.
Horário de postagem: novembro-2023