Abstraktaĵo: La baza strukturo kaj funkciprincipo de lavanga fotodetektilo (APD-fotodetektilo) estas enkondukitaj, la evolua procezo de la aparatstrukturo estas analizita, la nuna esplorstato estas resumita, kaj la estonta evoluo de APD estas prospektive studata.
1. Enkonduko
Fotodetektilo estas aparato kiu konvertas lumsignalojn en elektrajn signalojn. Enduonkondukta fotodetektilo, la foto-generita portanto ekscitita de la incida fotono eniras la eksteran cirkviton sub la aplikita biasa tensio kaj formas mezureblan fotofluon. Eĉ ĉe la maksimuma respondemo, PIN-fotodiodo povas produkti nur paron da elektron-truaj paroj maksimume, kio estas aparato sen interna gajno. Por pli granda respondemo, oni povas uzi lavangan fotodiodon (APD). La plifortiga efiko de APD sur la fotofluo baziĝas sur la joniga kolizia efiko. Sub certaj kondiĉoj, la akcelitaj elektronoj kaj truoj povas akiri sufiĉe da energio por kolizii kun la krado kaj produkti novan paron da elektron-truaj paroj. Ĉi tiu procezo estas ĉenreakcio, tiel ke la paro da elektron-truaj paroj generitaj per lumsorbo povas produkti grandan nombron da elektron-truaj paroj kaj formi grandan sekundaran fotofluon. Tial, APD havas altan respondemon kaj internan gajnon, kio plibonigas la signalo-bruo-rilatumon de la aparato. APD estos ĉefe uzata en longdistancaj aŭ pli malgrandaj optikaj fibraj komunikaj sistemoj kun aliaj limigoj pri la ricevita optika potenco. Nuntempe, multaj fakuloj pri optikaj aparatoj estas tre optimismaj pri la perspektivoj de APD, kaj kredas, ke la esplorado pri APD estas necesa por plibonigi la internacian konkurencivon de rilataj kampoj.
2. Teknika disvolviĝo delavanga fotodetektilo(APD-fotodetektilo)
2.1 Materialoj
(1)Si-fotodetektilo
Si-materialteknologio estas matura teknologio vaste uzata en la kampo de mikroelektroniko, sed ĝi ne taŭgas por la preparado de aparatoj en la ondolongo-intervalo de 1,31 mm kaj 1,55 mm, kiuj estas ĝenerale akceptitaj en la kampo de optika komunikado.
(2)Ge
Kvankam la spektra respondo de Ge APD taŭgas por la postuloj de malalta perdo kaj malalta disperso en optika fibra transdono, ekzistas grandaj malfacilaĵoj en la preparprocezo. Krome, la elektrona kaj trua joniga indico-proporcio de Ge estas proksima al () 1, do estas malfacile prepari alt-efikecajn APD-aparatojn.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Estas efika metodo elekti In0.53Ga0.47As kiel la lum-absorban tavolon de APD kaj InP kiel la multiplikan tavolon. La absorba pinto de In0.53Ga0.47As-materialo estas 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm ondolongo estas ĉirkaŭ 104cm-1 alta absorba koeficiento, kio estas la preferata materialo por la absorba tavolo de lum-detektilo nuntempe.
(4)InGaAs-fotodetektilo/Enfotodetektilo
Per elekto de InGaAsP kiel la lum-absorban tavolon kaj InP kiel la multiplikan tavolon, oni povas prepari APD kun respondondolongo de 1-1,4 mm, alta kvantuma efikeco, malalta malluma kurento kaj alta lavanga gajno. Per elekto de malsamaj alojkomponantoj, oni atingas la plej bonan rendimenton por specifaj ondolongoj.
(5)InGaAs/InAlAs
La materialo In0.52Al0.48As havas bendbreĉon (1.47 eV) kaj ne absorbas je la ondolonga gamo de 1.55 mm. Ekzistas indikoj, ke maldika epitaksa tavolo de In0.52Al0.48As povas atingi pli bonajn gajnokarakterizaĵojn ol InP kiel multiplikata tavolo sub la kondiĉo de pura elektrona injekto.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs kaj InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
La frapa joniga rapido de materialoj estas grava faktoro, kiu influas la rendimenton de APD. La rezultoj montras, ke la kolizia joniga rapido de la multiplikatavolo povas esti plibonigita per enkonduko de InGaAs(P)/InAlAs kaj In(Al)GaAs/InAlAs superkradaj strukturoj. Uzante la superkradan strukturon, la bendinĝenierado povas artefarite kontroli la nesimetrian bendran malkontinuecon inter la kondukta bendo kaj la valenta bendo-valoroj, kaj certigi, ke la kondukta bendo-malkontinueco estas multe pli granda ol la valenta bendo-malkontinueco (ΔEc>>ΔEv). Kompare kun InGaAs-grocaj materialoj, la kvantuma puta elektrona joniga rapido (a) de InGaAs/InAlAs estas signife pliigita, kaj elektronoj kaj truoj akiras ekstran energion. Pro ΔEc>>ΔEv, oni povas atendi, ke la energio gajnita de elektronoj pliigas la elektronan jonigan rapidon multe pli ol la kontribuo de trua energio al la trua joniga rapido (b). La rilatumo (k) de la elektrona joniga rapido al la trua joniga rapido pliiĝas. Tial, alta gajno-bendolarĝa produkto (GBW) kaj malalta brua rendimento povas esti atingitaj per apliko de superkradaj strukturoj. Tamen, ĉi tiu InGaAs/InAlAs kvantuma putstruktura APD, kiu povas pliigi la k-valoron, estas malfacile aplikebla al optikaj riceviloj. Ĉi tio estas ĉar la multiplikata faktoro, kiu influas la maksimuman respondemon, estas limigita de la malhela kurento, ne de la multiplikata bruo. En ĉi tiu strukturo, la malhela kurento estas ĉefe kaŭzita de la tunela efiko de la InGaAs puttavolo kun mallarĝa bendbreĉo, do la enkonduko de larĝ-bendbreĉa kvaternara alojo, kiel ekzemple InGaAsP aŭ InAlGaAs, anstataŭ InGaAs kiel la puttavolo de la kvantuma putstrukturo povas subpremi la malhelan kurenton.
Afiŝtempo: 13-a de novembro 2023