Astratt: L-istruttura bażika u l-prinċipju tax-xogħol tad-ditekter fotoloġiku tal-valangi (Fotoditekter tal-APD) jiġu introdotti, il-proċess tal-evoluzzjoni tal-istruttura tal-apparat jiġi analizzat, l-istatus attwali tar-riċerka jiġi mqassar, u l-iżvilupp futur tal-APD jiġi studjat b'mod prospettiv.
1. Introduzzjoni
Fotoditekter huwa apparat li jikkonverti sinjali tad-dawl f'sinjali elettriċi. F'fotoditekter tas-semikondutturi, it-trasportatur iġġenerat mir-ritratt eċċitat mill-foton inċidentali jidħol fiċ-ċirkwit estern taħt il-vultaġġ ta' polarizzazzjoni applikat u jifforma fotokurrent li jista' jitkejjel. Anke bl-akbar rispons, fotodijodu PIN jista' jipproduċi biss par ta' pari ta' elettroni-toqob, li huwa apparat mingħajr qligħ intern. Għal rispons akbar, jista' jintuża fotodijodu tal-valanga (APD). L-effett ta' amplifikazzjoni tal-APD fuq il-fotokurrent huwa bbażat fuq l-effett ta' ħabta ta' jonizzazzjoni. Taħt ċerti kundizzjonijiet, l-elettroni u t-toqob aċċellerati jistgħu jiksbu biżżejjed enerġija biex jaħbtu mal-kannizzata biex jipproduċu par ġdid ta' pari ta' elettroni-toqob. Dan il-proċess huwa reazzjoni katina, sabiex il-par ta' pari ta' elettroni-toqob iġġenerati mill-assorbiment tad-dawl jistgħu jipproduċu numru kbir ta' pari ta' elettroni-toqob u jiffurmaw fotokurrent sekondarju kbir. Għalhekk, l-APD għandu rispons għoli u qligħ intern, li jtejjeb il-proporzjon sinjal-ħoss tal-apparat. L-APD se jintuża prinċipalment f'sistemi ta' komunikazzjoni tal-fibra ottika fuq distanzi twal jew iżgħar b'limitazzjonijiet oħra fuq il-qawwa ottika riċevuta. Fil-preżent, ħafna esperti tal-apparati ottiċi huma ottimisti ħafna dwar il-prospetti tal-APD, u jemmnu li r-riċerka tal-APD hija meħtieġa biex ittejjeb il-kompetittività internazzjonali ta' oqsma relatati.
2. Żvilupp tekniku ta'fotoditekter tal-valangi(Fotoditekter tal-APD)
2.1 Materjali
(1)Fotoditekter tas-Si
It-teknoloġija tal-materjal Si hija teknoloġija matura li tintuża ħafna fil-qasam tal-mikroelettronika, iżda mhijiex adattata għall-preparazzjoni ta' apparati fil-medda ta' wavelength ta' 1.31mm u 1.55mm li huma ġeneralment aċċettati fil-qasam tal-komunikazzjoni ottika.
(2)Ġe
Għalkemm ir-rispons spettrali tal-Ge APD huwa adattat għar-rekwiżiti ta' telf baxx u dispersjoni baxxa fit-trażmissjoni tal-fibra ottika, hemm diffikultajiet kbar fil-proċess ta' preparazzjoni. Barra minn hekk, il-proporzjon tar-rata ta' jonizzazzjoni tal-elettroni u t-toqob tal-Ge huwa qrib () 1, għalhekk huwa diffiċli li jiġu ppreparati apparati APD ta' prestazzjoni għolja.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Huwa metodu effettiv li tagħżel In0.53Ga0.47As bħala s-saff ta' assorbiment tad-dawl tal-APD u InP bħala s-saff multiplikatur. Il-quċċata tal-assorbiment tal-materjal In0.53Ga0.47As hija ta' 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm b'tul ta' mewġa ta' madwar 104cm-1 b'koeffiċjent ta' assorbiment għoli, li huwa l-materjal preferut għas-saff ta' assorbiment tad-ditekter tad-dawl fil-preżent.
(4)Fotoditekter tal-InGaAs/Fifotoditekter
Billi tagħżel InGaAsP bħala s-saff li jassorbi d-dawl u InP bħala s-saff li jimmultiplika, tista' tipprepara APD b'tul ta' mewġa ta' rispons ta' 1-1.4mm, effiċjenza kwantistika għolja, kurrent fid-dlam baxx u qligħ għoli ta' valanga. Billi tagħżel komponenti differenti tal-liga, tinkiseb l-aħjar prestazzjoni għal tul ta' mewġ speċifiċi.
(5)InGaAs/InAlAs
Il-materjal In0.52Al0.48As għandu band gap (1.47eV) u ma jassorbix fil-medda ta' wavelength ta' 1.55mm. Hemm evidenza li saff epitassjali rqiq ta' In0.52Al0.48As jista' jikseb karatteristiċi ta' qligħ aħjar minn InP bħala saff multiplikatur taħt il-kundizzjoni ta' injezzjoni ta' elettroni puri.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs u InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Ir-rata ta' jonizzazzjoni tal-impatt tal-materjali hija fattur importanti li jaffettwa l-prestazzjoni tal-APD. Ir-riżultati juru li r-rata ta' jonizzazzjoni tal-ħabta tas-saff multiplikatur tista' titjieb bl-introduzzjoni ta' strutturi ta' superlattice InGaAs (P) /InAlAs u In (Al) GaAs/InAlAs. Bl-użu tal-istruttura tas-superlattice, l-inġinerija tal-faxxa tista' tikkontrolla artifiċjalment id-diskontinwità asimmetrika tat-tarf tal-faxxa bejn il-valuri tal-faxxa ta' konduzzjoni u l-faxxa ta' valenza, u tiżgura li d-diskontinwità tal-faxxa ta' konduzzjoni tkun ħafna akbar mid-diskontinwità tal-faxxa ta' valenza (ΔEc>>ΔEv). Meta mqabbla mal-materjali bl-ingrossa InGaAs, ir-rata ta' jonizzazzjoni tal-elettroni kwantistiċi InGaAs/InAlAs (a) tiżdied b'mod sinifikanti, u l-elettroni u t-toqob jiksbu enerġija żejda. Minħabba ΔEc>>ΔEv, jista' jkun mistenni li l-enerġija miksuba mill-elettroni żżid ir-rata ta' jonizzazzjoni tal-elettroni ħafna aktar mill-kontribuzzjoni tal-enerġija tat-toqob għar-rata ta' jonizzazzjoni tat-toqob (b). Il-proporzjon (k) tar-rata ta' jonizzazzjoni tal-elettroni għar-rata ta' jonizzazzjoni tat-toqob jiżdied. Għalhekk, prodott ta' qligħ għoli-bandwidth (GBW) u prestazzjoni ta' storbju baxx jistgħu jinkisbu bl-applikazzjoni ta' strutturi ta' superlattice. Madankollu, din l-APD tal-istruttura tal-bir kwantiku InGaAs/InAlAs, li tista' żżid il-valur k, hija diffiċli biex tiġi applikata għal riċevituri ottiċi. Dan għaliex il-fattur multiplikatur li jaffettwa r-rispons massimu huwa limitat mill-kurrent skur, mhux mill-istorbju multiplikatur. F'din l-istruttura, il-kurrent skur huwa prinċipalment ikkawżat mill-effett ta' tunneling tas-saff tal-bir InGaAs b'band gap dejqa, għalhekk l-introduzzjoni ta' liga kwaternarja b'band gap wiesgħa, bħal InGaAsP jew InAlGaAs, minflok InGaAs bħala s-saff tal-bir tal-istruttura tal-bir kwantiku tista' trażżan il-kurrent skur.
Ħin tal-posta: 13 ta' Novembru 2023