Uçqun fotodetektorunun (APD fotodetektorunun) prinsipi və hazırkı vəziyyəti Birinci hissə

Xülasə: Uçqun fotodetektorunun əsas quruluşu və iş prinsipi (APD fotodetektoru) təqdim edilir, cihazın 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. ayarımkeçirici fotodetektor, hadisə fotonu ilə həyəcanlanan foto-generasiya daşıyıcısı tətbiq olunan əyilmə gərginliyi altında xarici dövrəyə daxil olur və ölçülə bilən foto cərəyan əmələ gətirir. PIN fotodiodu maksimum həssaslıqda belə yalnız bir cüt elektron deşik cütü yarada bilər ki, bu da daxili qazancı olmayan bir cihazdır. Daha yüksək həssaslıq üçün uçqun fotodiodundan (APD) istifadə edilə bilər. APD-nin foto cərəyan üzərində gücləndirici 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, ona görə də işığın udulması nəticəsində yaranan elektron-deşik cütləri çoxlu sayda elektron-deşik cütləri əmələ gətirə və böyük ikinci dərəcəli foto cərəyan yarada bilər. Buna görə də, APD yüksək həssaslığa və cihazın səs-küy nisbətini yaxşılaşdıran daxili qazanc qabiliyyətinə malikdir. APD əsasən uzun məsafəli və ya daha kiçik optik lifli rabitə sistemlərində qəbul edilən optik gücün digər məhdudiyyətləri ilə istifadə olunacaq. Hazırda bir çox optik cihaz mütəxəssisləri APD-nin perspektivləri ilə bağlı çox optimistdirlər və hesab edirlər ki, APD-nin tədqiqatı əlaqəli sahələrin beynəlxalq rəqabət qabiliyyətini artırmaq üçün zəruridir.

微信图片_20230907113146

2. Texniki inkişafıuçqun fotodetektoru(APD fotodetektoru)

2.1 Materiallar
(1)Si fotodetektor
Si material texnologiyası mikroelektronika sahəsində geniş istifadə olunan yetkin texnologiyadır, lakin optik rabitə sahəsində ümumi 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 var. Bundan əlavə, Ge-nin elektron və deşik ionlaşma dərəcəsi nisbəti () 1-ə yaxındır, ona görə də yüksək performanslı APD cihazlarını hazırlamaq çətindir.

(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD-nin işıq udma təbəqəsi kimi In0.53Ga0.47As və çarpan təbəqəsi kimi InP seçmək effektiv 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 təşkil edən materialdır.

(4)InGaAs fotodetektoru/Infotodetektor
İşığı udma təbəqəsi kimi InGaAsP-ni və çarpan təbəqəsi kimi InP-ni seçməklə 1-1,4 mm cavab dalğa uzunluğu, yüksək kvant səmərəliliyi, aşağı qaranlıq cərəyan və yüksək uçqun qazanclı APD hazırlana bilər. Müxtəlif lehimli komponentləri seçməklə, xüsusi dalğa uzunluqları üçün ən yaxşı performans əldə edilir.

(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As materialda zolaq boşluğu (1.47eV) var və 1.55mm dalğa uzunluğu diapazonunda udulmur. İncə In0.52Al0.48As epitaksial təbəqənin təmiz elektron inyeksiyası şəraitində multiplikator təbəqəsi kimi InP-dən daha yaxşı qazanc xüsusiyyətləri əldə edə biləcəyinə dair sübutlar var.

(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs və InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Materialların təsir ionlaşma dərəcəsi APD-nin işinə təsir edən mühüm amildir. Nəticələr göstərir ki, çarpan təbəqənin toqquşma ionlaşma dərəcəsi InGaAs (P) /InAlAs və In (Al) GaAs/InAlAs super şəbəkə strukturlarının tətbiqi ilə yaxşılaşdırıla bilər. Super qəfəs strukturundan istifadə etməklə, zolaq mühəndisliyi keçiricilik zolağı ilə valentlik zolağının qiymətləri arasında asimmetrik zolaq kənar kəsikliyi süni şəkildə idarə edə bilər və keçiricilik zolağının kəsilməzliyinin valentlik zolağı kəsilməzliyindən (ΔEc>>ΔEv) çox böyük olmasını təmin edə bilər. InGaAs toplu materialları ilə müqayisədə InGaAs/InAlAs kvant quyusunun elektron ionlaşma dərəcəsi (a) əhəmiyyətli dərəcədə artır və elektronlar və dəliklər əlavə enerji qazanır. ΔEc>>ΔEv-ə görə, elektronların qazandığı enerjinin elektronların ionlaşma sürətini dəlik enerjisinin dəliklərin ionlaşma sürətinə verdiyi töhfədən (b) qat-qat çox artıracağını gözləmək olar. Elektron ionlaşma sürətinin deşik ionlaşma sürətinə nisbəti (k) artır. Buna görə də, super şəbəkə strukturlarının tətbiqi ilə yüksək qazanclı bant genişliyi məhsulu (GBW) və aşağı səs-küy performansı əldə edilə bilər. Bununla belə, k dəyərini artıra bilən bu InGaAs/InAlAs kvant quyusu strukturu APD-ni optik qəbuledicilərə tətbiq etmək çətindir. Bunun səbəbi, maksimum reaksiyaya təsir edən çarpan amilinin çarpan səs-küyü ilə deyil, qaranlıq cərəyanla məhdudlaşmasıdır. Bu strukturda qaranlıq cərəyan əsasən dar zolaq boşluğu ilə InGaAs quyusu təbəqəsinin tunel effekti ilə yaranır, buna görə də quyu təbəqəsi kimi InGaAs əvəzinə InGaAsP və ya InAlGaAs kimi geniş zolaqlı boşluqlu dördüncü ərintinin tətbiqi. kvant quyusunun strukturu qaranlıq cərəyanı yatıra bilir.


Göndərmə vaxtı: 13 noyabr 2023-cü il