Tóm tắt: Cấu trúc cơ bản và nguyên tắc làm việc của Avalanche Photodetector (Photodetector APD) được giới thiệu, quá trình tiến hóa của cấu trúc thiết bị được phân tích, tình trạng nghiên cứu hiện tại được tóm tắt và sự phát triển trong tương lai của APD được nghiên cứu triển vọng.
1. Giới thiệu
Photodetector là một thiết bị chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện. Trong aPhotodetector bán dẫn, sóng mang do hình ảnh gây ra bởi photon sự cố đi vào mạch bên ngoài dưới điện áp thiên vị ứng dụng và tạo thành một dòng quang có thể đo lường được. Ngay cả khi có khả năng đáp ứng tối đa, photodiode pin chỉ có thể tạo ra một cặp cặp electron, đó là một thiết bị không có mức tăng bên trong. Để có khả năng đáp ứng cao hơn, có thể sử dụng Photodiode (APD). Hiệu ứng khuếch đại của APD trên quang dẫn dựa trên hiệu ứng va chạm ion hóa. Trong một số điều kiện nhất định, các electron và lỗ tăng tốc có thể thu được đủ năng lượng để va chạm với mạng để tạo ra một cặp cặp lỗ điện tử mới. Quá trình này là một phản ứng chuỗi, do đó, các cặp lỗ electron được tạo ra bởi sự hấp thụ ánh sáng có thể tạo ra một số lượng lớn các cặp lỗ electron và tạo thành một dòng quang thứ cấp lớn. Do đó, APD có khả năng đáp ứng cao và mức tăng nội bộ, giúp cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của thiết bị. APD chủ yếu sẽ được sử dụng trong các hệ thống giao tiếp sợi quang đường dài hoặc nhỏ hơn với các hạn chế khác đối với công suất quang nhận được. Hiện tại, nhiều chuyên gia thiết bị quang học rất lạc quan về triển vọng của APD và tin rằng nghiên cứu về APD là cần thiết để tăng cường khả năng cạnh tranh quốc tế của các lĩnh vực liên quan.
2. Phát triển kỹ thuật củaAvalanche Photodetector(APD Photodetector)
2.1 Vật liệu
(1)SI Photodetector
Công nghệ vật liệu SI là một công nghệ trưởng thành được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực vi điện tử, nhưng nó không phù hợp để chuẩn bị các thiết bị trong phạm vi bước sóng 1,31mm và 1,55mm thường được chấp nhận trong lĩnh vực giao tiếp quang học.
(2) Ge
Mặc dù phản ứng quang phổ của GE APD phù hợp với các yêu cầu mất thấp và phân tán thấp trong truyền sợi quang, nhưng có những khó khăn lớn trong quá trình chuẩn bị. Ngoài ra, tỷ lệ tỷ lệ ion hóa electron và lỗ của GE gần với () 1, vì vậy rất khó để chuẩn bị các thiết bị APD hiệu suất cao.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
Đây là một phương pháp hiệu quả để chọn IN0.53GA0.47AS làm lớp hấp thụ ánh sáng của APD và INP làm lớp nhân. Đỉnh hấp thụ của vật liệu IN0.53GA0.47AS là 1,65mm, 1,31mm, bước sóng 1,55mm là hệ số hấp thụ cao khoảng 104cm-1, hiện tại là vật liệu ưa thích cho lớp hấp thụ của máy dò ánh sáng.
(4)Photodetector Ingaas/TRONGPhotodetector
Bằng cách chọn Ingaasp làm lớp hấp thụ ánh sáng và INP làm lớp nhân, APD với bước sóng phản ứng là 1-1,4mm, hiệu suất lượng tử cao, dòng điện tối thấp và mức tăng tuyết lở cao. Bằng cách chọn các thành phần hợp kim khác nhau, hiệu suất tốt nhất cho các bước sóng cụ thể đạt được.
(5) Ingaas/inalas
Vật liệu IN0.52AL0.48AS có khoảng cách dải (1.47EV) và không hấp thụ ở phạm vi bước sóng 1,55mm. Có bằng chứng cho thấy lớp in0.52al0.48As mỏng có thể thu được các đặc tính tăng tốt hơn so với INP như một lớp nhân trong điều kiện phun electron tinh khiết.
.
Tốc độ ion hóa tác động của vật liệu là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của APD. Kết quả cho thấy tốc độ ion hóa va chạm của lớp nhân có thể được cải thiện bằng cách giới thiệu các cấu trúc siêu thị GaAs /inalas IngaAs (P) /Inalas và trong (Al). Bằng cách sử dụng cấu trúc Superlattice, kỹ thuật băng tần có thể kiểm soát nhân tạo sự gián đoạn cạnh của dải không đối xứng giữa dải dẫn và các giá trị dải hóa trị, và đảm bảo rằng sự gián đoạn của dải dẫn lớn hơn nhiều so với sự gián đoạn của dải hóa trị (ΔEC >> ΔEV). So với các vật liệu khối Ingaas, tốc độ ion hóa điện tử giếng lượng tử IngaAs/Inalas (A) được tăng lên đáng kể, và các electron và lỗ hổng tăng thêm năng lượng. Do ΔEC >> ΔEV, có thể dự kiến năng lượng thu được từ các electron làm tăng tốc độ ion hóa electron nhiều hơn nhiều so với sự đóng góp của năng lượng lỗ cho tốc độ ion hóa lỗ (b). Tỷ lệ (k) của tốc độ ion hóa electron với tốc độ ion hóa lỗ tăng. Do đó, sản phẩm băng thông tăng cao (GBW) và hiệu suất nhiễu thấp có thể thu được bằng cách áp dụng các cấu trúc siêu chiến thắng. Tuy nhiên, APD cấu trúc giếng lượng tử IngaAs/Inalas này, có thể làm tăng giá trị K, rất khó áp dụng cho các máy thu quang. Điều này là do hệ số số nhân ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng tối đa bị giới hạn bởi dòng tối, không phải là nhiễu nhân. Trong cấu trúc này, dòng tối chủ yếu là do hiệu ứng đường hầm của lớp giếng IngaAs với khoảng cách dải hẹp, do đó, việc giới thiệu một hợp kim tứ cầu dải rộng, chẳng hạn như Ingaasp hoặc inalgaas, thay vì Ingaas là lớp của cấu trúc tốt.
Thời gian đăng: Tháng 11-13-2023