Xülasə: Uçqun fotodetektorunun əsas quruluşu və iş prinsipi (APD fotodetektoru) təqdim olunur, cihaz strukturunun təkamül prosesi təhlil edilir, mövcud tədqiqat vəziyyəti ümumiləşdirilir və APD-nin gələcək inkişafı perspektiv şəkildə öyrənilir.
1. Giriş
Fotodetektor işıq siqnallarını elektrik siqnallarına çevirən bir cihazdır.yarımkeçirici fotodetektor, düşən foton tərəfindən həyəcanlanan fotogenerasiya olunmuş daşıyıcı tətbiq olunan qərəz gərginliyi altında xarici dövrəyə daxil olur və ölçülə bilən fotocərəyan əmələ gətirir. Maksimum cavabdehlikdə belə, PIN fotodiodu yalnız bir cüt elektron-deşik cütü yarada bilər ki, bu da daxili qazanc olmadan bir cihazdır. Daha yüksək cavabdehlik üçün uçqun fotodiodu (APD) istifadə edilə bilər. APD-nin fotocərəyana gücləndirmə təsiri ionlaşma toqquşma effektinə əsaslanır. Müəyyən şərtlər altında sürətlənmiş elektronlar və dəliklər yeni bir cüt elektron-deşik cütü yaratmaq üçün qəfəslə toqquşmaq üçün kifayət qədər enerji əldə edə bilər. Bu proses zəncirvari reaksiyadır, beləliklə, işığın udulması ilə yaranan elektron-deşik cütü çox sayda elektron-deşik cütü yarada və böyük bir ikinci dərəcəli fotocərəyan əmələ gətirə bilər. Buna görə də, APD yüksək cavabdehliyə və daxili qazanca malikdir ki, bu da cihazın siqnal-səs-küy nisbətini yaxşılaşdırır. APD əsasən alınan optik gücdə digər məhdudiyyətlərlə uzun məsafəli və ya daha kiçik optik lifli rabitə sistemlərində istifadə ediləcək. Hazırda bir çox optik cihaz mütəxəssisi APD-nin perspektivləri ilə bağlı çox nikbindir və APD-nin tədqiqatının əlaqəli sahələrin beynəlxalq rəqabət qabiliyyətini artırmaq üçün zəruri olduğuna inanır.
2. Texniki inkişafuçqun fotodetektoru(APD fotodetektoru)
2.1 Materiallar
(1)Si fotodetektoru
Si material texnologiyası mikroelektronika sahəsində geniş istifadə olunan yetkin bir texnologiyadır, lakin optik rabitə sahəsində ümumiyyətlə qəbul edilən 1,31 mm və 1,55 mm dalğa uzunluğu diapazonunda cihazların hazırlanması üçün uyğun deyil.
(2)Ge
Ge APD-nin spektral reaksiyası optik lif ötürülməsində aşağı itki və aşağı dispersiya tələblərinə uyğun olsa da, hazırlıq prosesində böyük çətinliklər mövcuddur. Bundan əlavə, Ge-nin elektron və dəlik ionlaşma sürəti nisbəti () 1-ə yaxındır, buna görə də yüksək performanslı APD cihazlarını hazırlamaq çətindir.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD-nin işığı udma təbəqəsi kimi In0.53Ga0.47As və çarpan təbəqə kimi InP seçmək effektiv bir üsuldur. In0.53Ga0.47As materialının udma zirvəsi 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm dalğa uzunluğu təxminən 104cm-1 yüksək udma əmsalıdır ki, bu da hazırda işıq detektorunun udma təbəqəsi üçün üstünlük verilən materialdır.
(4)InGaAs fotodetektoru/İçindəfotodetektor
İşığı udma təbəqəsi kimi InGaAsP və vurma təbəqəsi kimi InP seçilməklə, 1-1,4 mm cavab dalğa uzunluğuna, yüksək kvant səmərəliliyinə, aşağı qaranlıq cərəyanına və yüksək uçqun qazancına malik APD hazırlana bilər. Müxtəlif ərinti komponentləri seçilməklə, müəyyən dalğa uzunluqları üçün ən yaxşı performans əldə edilir.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As materialının zolaq boşluğu (1.47eV) var və 1.55 mm dalğa uzunluğu diapazonunda udulmamır. Təmiz elektron inyeksiyası şərti ilə nazik In0.52Al0.48As epitaksial təbəqəsinin multiplikator təbəqəsi kimi InP-dən daha yaxşı qazanc xüsusiyyətləri əldə edə biləcəyinə dair dəlillər mövcuddur.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs və InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Materialların təsir ionlaşma sürəti APD-nin performansına təsir edən vacib amildir. Nəticələr göstərir ki, çarpan təbəqənin toqquşma ionlaşma sürəti InGaAs (P) /InAlAs və In (Al) GaAs/InAlAs super qəfəs strukturlarını tətbiq etməklə yaxşılaşdırıla bilər. Super qəfəs strukturundan istifadə etməklə, zolaq mühəndisliyi keçiricilik zolağı ilə valentlik zolağı dəyərləri arasındakı asimmetrik zolaq kənarının kəsilməsini süni şəkildə idarə edə və keçiricilik zolağının kəsilməsinin valentlik zolağının kəsilməsindən (ΔEc>>ΔEv) daha böyük olmasını təmin edə bilər. InGaAs toplu materialları ilə müqayisədə InGaAs/InAlAs kvant quyusu elektron ionlaşma sürəti (a) əhəmiyyətli dərəcədə artır və elektronlar və dəliklər əlavə enerji qazanır. ΔEc>>ΔEv səbəbindən elektronların qazandığı enerjinin elektron ionlaşma sürətini dəlik enerjisinin dəlik ionlaşma sürətinə (b) töhfəsindən daha çox artırması gözlənilə bilər. Elektron ionlaşma sürətinin dəlik ionlaşma sürətinə nisbəti (k) artır. Buna görə də, super qəfəs strukturları tətbiq etməklə yüksək qazanc-bant genişliyi məhsulu (GBW) və aşağı səs-küy performansı əldə edilə bilər. Lakin, k dəyərini artıra bilən bu InGaAs/InAlAs kvant quyusu strukturu APD-ni optik qəbuledicilərə tətbiq etmək çətindir. Bunun səbəbi, maksimum cavabdehliyə təsir edən vurma amili vurma səs-küyü ilə deyil, qaranlıq cərəyanla məhdudlaşmasıdır. Bu strukturda qaranlıq cərəyan əsasən dar zolaq boşluğu olan InGaAs quyu təbəqəsinin tunel effekti ilə yaranır, buna görə də kvant quyusu strukturunun quyu təbəqəsi kimi InGaAs əvəzinə geniş zolaq boşluğu olan dördüncü ərinti, məsələn, InGaAsP və ya InAlGaAs-ın tətbiqi qaranlıq cərəyanı boğa bilər.
Yazı vaxtı: 13 Noyabr 2023