Abstract: A struttura di basa è u principiu di funziunamentu di u fotodetettore di avalanche (Fotodetettore APD) sò intrudutti, u prucessu di evoluzione di a struttura di u dispusitivu hè analizatu, u statutu di ricerca attuale hè riassuntu, è u sviluppu futuru di APD hè studiatu prospectively.
1. Introduzione
Un fotodetettore hè un dispositivu chì converte i signali luminosi in signali elettrici.In afotodetettore semiconductor, u traspurtadore foto-generatu eccitatu da u fotonu incidente entra in u circuitu esternu sottu a tensione di bias applicata è forma una fotocorrente misurabile.Ancu à a rispunsibilità massima, un photodiode PIN pò pruduce solu un paru di coppie elettroni-buchi à u più, chì hè un dispositivu senza guadagnu internu.Per una risposta più grande, un photodiode avalanche (APD) pò esse usatu.L'effettu di amplificazione di APD nantu à a fotocorrente hè basatu annantu à l'effettu di collisione di ionizazione.In certi cundizioni, l'elettroni è i buchi accelerati ponu ottene abbastanza energia per scontru cù u lattice per pruduce un novu paru di coppie elettroni-buchi.Stu prucessu hè una reazzione in catena, cusì chì u coppiu di coppie elettroni-buchi generati da l'assorbimentu di luce pò pruduce un gran numaru di coppie elettroni-buchi è formanu un grande photocurrent secundariu.Per quessa, APD hà una alta rispunsibilità è un guadagnu internu, chì migliurà u rapportu signale-à-rumore di u dispusitivu.L'APD serà principalmente utilizatu in sistemi di cumunicazione di fibra ottica di longa distanza o più chjuchi cù altre limitazioni nantu à u putere otticu ricevutu.Attualmente, assai esperti di dispositivi ottici sò assai ottimisti nantu à e prospettive di l'APD, è crede chì a ricerca di l'APD hè necessaria per rinfurzà a cumpetitività internaziunale di i campi cunnessi.
2. Sviluppu tecnicu difotodetettore di valanga(fotodetettore APD)
2.1 Materiali
(1)Si fotodetettore
A tecnulugia di materiale Si hè una tecnulugia matura chì hè largamente usata in u campu di a microelettronica, ma ùn hè micca adattatu per a preparazione di i dispusitivi in a gamma di lunghezza d'onda di 1,31 mm è 1,55 mm chì sò generalmente accettati in u campu di a cumunicazione otticu.
(2) Ge
Ancu s'è a risposta spettrale di Ge APD hè adattata per i requisiti di bassa perdita è bassa dispersione in a trasmissione di fibra ottica, ci sò grandi difficultà in u prucessu di preparazione.In più, u rapportu di u tassu di ionizazione di l'elettroni è di i buchi di Ge hè vicinu à () 1, cusì hè difficiule di preparà i dispositi APD d'altu rendiment.
(3) In0.53Ga0.47As/InP
Hè un metudu efficau per selezziunà In0.53Ga0.47As cum'è a capa d'absorzione di luce di APD è InP cum'è u stratu multiplicatore.U piccu di assorbimentu di u materiale In0.53Ga0.47As hè 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm lunghezza d'onda hè di circa 104cm-1 coefficient d'assorbimentu elevatu, chì hè u materiale preferitu per a strata di assorbimentu di detector di luce in u mumentu.
(4)Fotodetettore InGaAs/ Infotodetettore
Selezziunate InGaAsP cum'è a strata di assorbimentu di luce è InP cum'è u stratu multiplicatore, APD cù una lunghezza d'onda di risposta di 1-1.4mm, alta efficienza quantum, bassa corrente scura è altu guadagnu di avalanche pò esse preparatu.Selezziunendu diversi cumpunenti di lega, si ottene u megliu rendimentu per lunghezze d'onda specifiche.
(5) InGaAs/InAlAs
In 0.52Al0.48As materiale hà una banda gap (1.47eV) è ùn assorbe micca in a gamma di lunghezza d'onda di 1.55mm.Ci hè evidenza chì a strata epitaxial sottile In0.52Al0.48As pò ottene caratteristiche di guadagnà megliu cà InP cum'è strata multiplicatore sottu a cundizione di iniezione di elettroni pura.
(6)InGaAs/InGaAs (P)/InAlAs et InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
A rata di ionizazione di l'impattu di i materiali hè un fattore impurtante chì affetta u rendiment di APD.I risultati mostranu chì a rata di ionizazione di colisazione di u stratu multiplicatore pò esse migliuratu intruducendu strutture superlattice InGaAs (P) / InAlAs è In (Al) GaAs / InAlAs.Utilizendu a struttura superlattice, l'ingegneria di a banda pò cuntrullà artificialmente a discontinuità di a banda asimmetrica trà a banda di cunduzione è i valori di a banda di valenza, è assicura chì a discontinuità di a banda di cunduzzione hè assai più grande di a discontinuità di a banda di valenza (ΔEc>>ΔEv).In cunfrontu cù i materiali bulk InGaAs, InGaAs / InAlAs quantum well electron ionization rate (a) hè significativamente aumentatu, è l'elettroni è i buchi guadagnanu energia extra.A causa di ΔEc>>ΔEv, si pò esse espertu chì l'energia acquistata da l'elettroni aumenta a rata di ionizazione di l'elettroni assai più cà a cuntribuzione di l'energia di u pirtusu à a rata di ionizazione di i buchi (b).U rapportu (k) di a tarifa di ionizazione di l'elettroni à a rata di ionizazione di i buchi aumenta.Dunque, un produttu di larghezza di banda di guadagnu elevatu (GBW) è un rendimentu bassu di rumore pò esse ottenutu appiendu strutture superlattice.Tuttavia, stu InGaAs / InAlAs quantum well structure APD, chì pò aumentà u valore k, hè difficiule d'applicà à i receptori ottici.Questu hè chì u fattore multiplicatore chì affetta a rispunsibilità massima hè limitatu da a corrente scura, micca da u rumore multiplicatore.In questa struttura, u currenti scuru hè principalmente causatu da l'effettu di tunneling di a strata di InGaAs bè cù una banda stretta, cusì l'intruduzioni di una lega quaternaria di gap à banda larga, cum'è InGaAsP o InAlGaAs, invece di InGaAs cum'è a capa di pozzu. di a struttura quantum well pò supprime u currenti scuru.
Tempu di Postu: 13-Nov-2023