Riassuntu: A struttura basica è u principiu di funziunamentu di u fotodetector di valanga (Fotodetector APD) sò introdutti, u prucessu di evoluzione di a struttura di u dispusitivu hè analizatu, u statu attuale di a ricerca hè riassuntu, è u sviluppu futuru di l'APD hè studiatu in prospettiva.
1. Introduzione
Un fotodetector hè un dispusitivu chì cunverte i signali luminosi in signali elettrici. In unfotodetector à semiconduttori, u purtatore fotogeneratu eccitatu da u fotone incidente entra in u circuitu esternu sottu à a tensione di polarizazione applicata è forma una fotocorrente misurabile. Ancu à a massima reattività, un fotodiodu PIN pò pruduce solu una coppia di coppie elettrone-lacunu à u massimu, chì hè un dispositivu senza guadagnu internu. Per una maggiore reattività, si pò aduprà un fotodiodu a valanga (APD). L'effettu di amplificazione di l'APD nantu à a fotocorrente hè basatu annantu à l'effettu di collisione di ionizazione. In certe cundizioni, l'elettroni è i lacuni accelerati ponu ottene abbastanza energia per scontrà si cù u reticolo per pruduce una nova coppia di coppie elettrone-lacunu. Stu prucessu hè una reazione à catena, cusì chì a coppia di coppie elettrone-lacunu generate da l'assorbimentu di luce pò pruduce un gran numeru di coppie elettrone-lacunu è furmà una grande fotocorrente secundaria. Dunque, l'APD hà una alta reattività è un guadagnu internu, chì migliora u rapportu segnale-rumore di u dispositivu. L'APD serà principalmente adupratu in sistemi di cumunicazione in fibra ottica à longa distanza o più chjuchi cù altre limitazioni nantu à a putenza ottica ricevuta. Attualmente, parechji esperti di dispositivi ottici sò assai ottimisti nantu à e prospettive di l'APD, è credenu chì a ricerca di l'APD hè necessaria per migliurà a cumpetitività internaziunale di i campi cunnessi.
2. Sviluppu tecnicu difotorilevatore di valanga(Fotodetector APD)
2.1 Materiali
(1)Fotodetector di Si
A tecnulugia di i materiali Si hè una tecnulugia matura chì hè largamente aduprata in u campu di a microelettronica, ma ùn hè micca adatta per a preparazione di dispositivi in a gamma di lunghezze d'onda di 1,31 mm è 1,55 mm chì sò generalmente accettati in u campu di a cumunicazione ottica.
(2)Ge
Ancu s'è a risposta spettrale di Ge APD hè adatta per i requisiti di bassa perdita è bassa dispersione in a trasmissione di fibra ottica, ci sò grandi difficultà in u prucessu di preparazione. Inoltre, u rapportu di u tassu di ionizazione di l'elettroni è di i lacune di Ge hè vicinu à () 1, dunque hè difficiule di preparà dispositivi APD d'altu rendimentu.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Hè un metudu efficace per selezziunà In0.53Ga0.47As cum'è u stratu d'assorbimentu di luce di APD è InP cum'è u stratu multiplicatore. U piccu d'assorbimentu di u materiale In0.53Ga0.47As hè 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm a lunghezza d'onda hè circa 104 cm-1 cù un coefficiente d'assorbimentu elevatu, chì hè u materiale preferitu per u stratu d'assorbimentu di u rilevatore di luce attualmente.
(4)Fotodetector InGaAs/Infotodetettore
Selezziunendu InGaAsP cum'è stratu chì assorbe a luce è InP cum'è stratu multiplicatore, si pò preparà un APD cù una lunghezza d'onda di risposta di 1-1,4 mm, alta efficienza quantica, bassa corrente di bughjura è altu guadagnu di valanga. Selezziunendu diversi cumpunenti di lega, si ottenenu e migliori prestazioni per lunghezze d'onda specifiche.
(5)InGaAs/InAlAs
U materiale In0.52Al0.48As hà una banda gap (1.47 eV) è ùn assorbe micca à a gamma di lunghezza d'onda di 1.55 mm. Ci hè evidenza chì un stratu epitassiale sottile di In0.52Al0.48As pò ottene caratteristiche di guadagnu megliu cà InP cum'è stratu multiplicatore in cundizione di iniezione pura di elettroni.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs è InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
A velocità di ionizazione per impattu di i materiali hè un fattore impurtante chì affetta e prestazioni di l'APD. I risultati mostranu chì a velocità di ionizazione per collisione di u stratu multiplicatore pò esse migliurata introducendu strutture di superreti InGaAs (P) /InAlAs è In (Al) GaAs/InAlAs. Usendu a struttura di superreti, l'ingegneria di banda pò cuntrullà artificialmente a discontinuità asimmetrica di u bordu di a banda trà i valori di a banda di conduzione è di a banda di valenza, è assicurà chì a discontinuità di a banda di conduzione sia assai più grande di a discontinuità di a banda di valenza (ΔEc>>ΔEv). In paragone cù i materiali InGaAs in massa, a velocità di ionizazione elettronica di u pozzu quanticu InGaAs/InAlAs (a) hè significativamente aumentata, è l'elettroni è i buchi guadagnanu energia extra. A causa di ΔEc>>ΔEv, si pò aspittà chì l'energia guadagnata da l'elettroni aumenti a velocità di ionizazione elettronica assai più di u cuntributu di l'energia di i buchi à a velocità di ionizazione di i buchi (b). U rapportu (k) trà a velocità di ionizazione elettronica è a velocità di ionizazione di i buchi aumenta. Dunque, un pruduttu di larghezza di banda à guadagnu elevatu (GBW) è prestazioni à bassu rumore ponu esse ottenuti applicendu strutture di superreti. Tuttavia, questu APD di struttura di pozzu quanticu InGaAs/InAlAs, chì pò aumentà u valore k, hè difficiule da applicà à i ricevitori ottici. Questu hè perchè u fattore multiplicatore chì affetta a reattività massima hè limitatu da a corrente scura, micca da u rumore multiplicatore. In questa struttura, a corrente scura hè principalmente causata da l'effettu di tunneling di u stratu di pozzu InGaAs cù una stretta lacuna di banda, dunque l'introduzione di una lega quaternaria à larga lacuna di banda, cum'è InGaAsP o InAlGaAs, invece di InGaAs cum'è stratu di pozzu di a struttura di pozzu quanticu pò supprimà a corrente scura.
Data di publicazione: 13 di nuvembre di u 2023