Zusammenfassung: Die Grundstruktur und das Arbeitsprinzip des Avalanche -Fotodetektors (APD -Fotodetektor) werden eingeführt, der Evolutionsprozess der Gerätestruktur analysiert, der aktuelle Forschungsstatus zusammengefasst und die zukünftige Entwicklung von APD prospektiv untersucht.
1. Einführung
Ein Fotodetektor ist ein Gerät, das Lichtsignale in elektrische Signale umwandelt. In aHalbleiter -FotodetektorDer durch das einfallende Photon angeregte foto generierte Träger tritt unter der angelegten Vorspannung in den externen Schaltkreis ein und bildet einen messbaren Photostrom. Selbst bei maximaler Reaktionsfähigkeit kann eine Pin-Fotodiode nur ein Paar Elektronenlochpaare produzieren, bei dem es sich um ein Gerät ohne interne Verstärkung handelt. Für eine größere Reaktionsfähigkeit kann eine APD (APD) aus Lawinen verwendet werden. Der Amplifikationseffekt von APD auf den Photostrom basiert auf dem Ionisations -Kollisionseffekt. Unter bestimmten Bedingungen können die beschleunigten Elektronen und Löcher genügend Energie erhalten, um mit dem Gitter zu kollidieren, um ein neues Paar Elektronenlochpaare zu erzeugen. Dieser Vorgang ist eine Kettenreaktion, so dass das durch Lichtabsorption erzeugte Paar von Elektronenlochpaaren eine große Anzahl von Elektronenlochpaaren erzeugen und einen großen sekundären Photostrom bilden kann. Daher hat APD eine hohe Reaktionsfähigkeit und interne Verstärkung, was das Signal-Rausch-Verhältnis des Geräts verbessert. APD wird hauptsächlich in Fern- oder kleineren optischen Faserkommunikationssystemen mit anderen Einschränkungen für die empfangene optische Leistung verwendet. Gegenwärtig sind viele Experten für optische Geräte sehr optimistisch in Bezug auf die Aussichten von APD und sind der Ansicht, dass die Forschung an APD erforderlich ist, um die internationale Wettbewerbsfähigkeit verwandter Bereiche zu verbessern.
2. Technische Entwicklung vonAvalanche -Fotodetektor(APD -Fotodetektor)
2.1 Materialien
(1)SI -Fotodetektor
Die SI -Materialtechnologie ist eine ausgereifte Technologie, die im Bereich der Mikroelektronik häufig verwendet wird. Sie ist jedoch nicht für die Vorbereitung von Geräten im Wellenlängenbereich von 1,31 mm und 1,55 mm geeignet, die im Bereich der optischen Kommunikation allgemein akzeptiert werden.
(2) Ge
Obwohl die spektrale Reaktion von GE APD für die Anforderungen eines geringen Verlusts und einer geringen Dispersion bei der Übertragung der optischen Faser geeignet ist, gibt es im Vorbereitungsprozess große Schwierigkeiten. Darüber hinaus liegt das Verhältnis von GEs Elektronen- und Lochionisationsrate in der Nähe von () 1, daher ist es schwierig, Hochleistungs-APD-Geräte vorzubereiten.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
Es ist eine effektive Methode zur Auswahl von In0.53GA0.47As als Lichtabsorptionsschicht von APD und INP als Multiplikatorschicht. Der Absorptionspeak von In0,53GA0.47As beträgt 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm Wellenlänge etwa 104 cm-1 hoher Absorptionskoeffizient, was derzeit das bevorzugte Material für die Absorptionsschicht des Lichtdetektors ist.
(4)Ingaas Photodetektor/InFotodetektor
Durch die Auswahl von Ingaasp als leichte absorbierende Schicht und INP als Multiplikatorschicht können APD mit einer Antwortwellenlänge von 1-1,4 mm, hoher Quanteneffizienz, niedriger Dunkelstrom und hoher Lawinenverstärkung hergestellt werden. Durch die Auswahl verschiedener Legierungskomponenten wird die beste Leistung für bestimmte Wellenlängen erreicht.
(5) Ingaas/Inalas
IN0.52AL0.48AS -Material hat eine Bandlücke (1,47EV) und absorbiert nicht am Wellenlängenbereich von 1,55 mm. Es gibt Hinweise darauf, dass die epitaxiale Schicht in 0.52.48As eine bessere Gewinneigenschaften als INP als Multiplikatorschicht unter dem Zustand der reinen Elektroneninjektion erzielen kann.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas und Ingaas/in (Al) GaAs/Inalas
Die Auswirkung der Materialienrate von Materialien ist ein wichtiger Faktor, der die Leistung von APD beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kollisionionen -Ionisationsrate der Multiplikatorschicht durch Einführung von InGaAs (P) /Inalas und in (Al) GaAs /Inalas -Superlattice -Strukturen verbessert werden kann. Durch die Verwendung der Superlattice -Struktur kann die Band Engineering die Diskontinuität der asymmetrischen Bandkante zwischen dem Leitungsband und den Valenzbandwerten künstlich steuern und sicherstellen, dass die Diskontinuität des Leitungsbandes viel größer ist als die Diskontinuität der Valenzbande (δec >> δev). Im Vergleich zu IngaAs -Schüttgutmaterialien sind die INGAAS/INALAS -Quantenwell -Elektronisrate (A) signifikant erhöht, und die Elektronen und Löcher gewinnen zusätzliche Energie. Aufgrund von δec >> ΔEV ist zu erwarten, dass die durch Elektronen gewonnene Energie die Elektronisrate viel mehr erhöht als der Beitrag der Lochergie zur Lochionisation (b). Das Verhältnis (k) der Elektronionsionisationsrate zur Lochionisationsrate steigt. Daher können mit hohem Gewinnbänder-Produkt (GBW) und niedriger Rauschleistung durch Anwenden von Superlattice-Strukturen erzielt werden. Diese InGaAs/Inalas Quantenbrunnen -Struktur -APD, die den K -Wert erhöhen kann, ist jedoch schwer für optische Empfänger zu beantragen. Dies liegt daran, dass der Multiplikatorfaktor, der die maximale Reaktionsfähigkeit beeinflusst, durch den Dunklen Strom und nicht durch das Multiplikator -Rauschen begrenzt ist. In dieser Struktur wird der dunkle Strom hauptsächlich durch den Tunneleffekt der IngaaS-Brunnenschicht mit einer schmalen Bandlücke verursacht, sodass die Einführung einer quaternären Legierung des Breitband-Lückens, wie z.
Postzeit: Nov.-13-2023