Abstrak: Struktur Dasar dan Prinsip Kerja Fotodetektor Longsor (APD Photodetector) diperkenalkan, proses evolusi struktur perangkat dianalisis, status penelitian saat ini dirangkum, dan pengembangan APD di masa depan dipelajari secara prospektif.
1. Pendahuluan
Fotodetector adalah perangkat yang mengubah sinyal cahaya menjadi sinyal listrik. Di sebuahFotodetektor semikonduktor, pembawa yang dihasilkan foto yang tereksitasi oleh foton yang datang memasuki sirkuit eksternal di bawah tegangan bias yang diterapkan dan membentuk arus photocurrent yang dapat diukur. Bahkan pada responsif maksimum, fotodioda PIN hanya dapat menghasilkan sepasang pasangan lubang elektron paling banyak, yang merupakan perangkat tanpa gain internal. Untuk responsif yang lebih besar, photodiode longsoran salju (APD) dapat digunakan. Efek amplifikasi APD pada photocurrent didasarkan pada efek tabrakan ionisasi. Dalam kondisi tertentu, elektron dan lubang yang dipercepat dapat memperoleh energi yang cukup untuk bertabrakan dengan kisi untuk menghasilkan pasangan baru pasangan lubang elektron. Proses ini adalah reaksi berantai, sehingga pasangan pasangan lubang elektron yang dihasilkan oleh penyerapan cahaya dapat menghasilkan sejumlah besar pasangan lubang elektron dan membentuk fotocurrent sekunder yang besar. Oleh karena itu, APD memiliki responsif tinggi dan gain internal, yang meningkatkan rasio sinyal-ke-noise perangkat. APD terutama akan digunakan dalam sistem komunikasi serat optik yang lebih kecil atau lebih kecil dengan keterbatasan lain pada daya optik yang diterima. Saat ini, banyak ahli perangkat optik sangat optimis tentang prospek APD, dan percaya bahwa penelitian APD diperlukan untuk meningkatkan daya saing internasional bidang terkait.
2. Pengembangan teknisAvalanche Photodetector(APD Photodetector)
2.1 Bahan
(1)SI Photodetector
Teknologi material Si adalah teknologi dewasa yang banyak digunakan di bidang mikroelektronika, tetapi tidak cocok untuk persiapan perangkat dalam kisaran panjang gelombang 1.31mm dan 1.55mm yang umumnya diterima di bidang komunikasi optik.
(2) ge
Meskipun respons spektral GE APD cocok untuk persyaratan kehilangan rendah dan dispersi rendah dalam transmisi serat optik, ada kesulitan besar dalam proses persiapan. Selain itu, rasio laju ionisasi elektron dan lubang GE dekat dengan () 1, sehingga sulit untuk menyiapkan perangkat APD berkinerja tinggi.
(3) in0.53ga0.47as/INP
Ini adalah metode yang efektif untuk memilih IN0.53GA0.47as sebagai lapisan penyerapan cahaya APD dan INP sebagai lapisan pengganda. Puncak penyerapan Bahan In0.53GA0.47as adalah 1,65mm, 1,31mm, panjang gelombang 1,55mm adalah sekitar 104cm-1 koefisien penyerapan tinggi, yang merupakan bahan yang lebih disukai untuk lapisan penyerapan detektor cahaya saat ini.
(4)Ingaas Photodetector/Di dalamPhotodetector
Dengan memilih INGAASP sebagai lapisan penyerap cahaya dan INP sebagai lapisan pengganda, APD dengan panjang gelombang respons 1-1.4mm, efisiensi kuantum tinggi, arus gelap rendah dan gain longsoran tinggi dapat disiapkan. Dengan memilih komponen paduan yang berbeda, kinerja terbaik untuk panjang gelombang tertentu tercapai.
(5) InGaas/Inalas
Bahan in0.52al0.48as memiliki celah pita (1.47EV) dan tidak menyerap pada kisaran panjang gelombang 1.55mm. Ada bukti bahwa lapisan epitaxial in0.52al0.48as tipis dapat memperoleh karakteristik gain yang lebih baik daripada INP sebagai lapisan multiplikator di bawah kondisi injeksi elektron murni.
(6) InGaas/InGaas (P)/Inalas dan IngaAs/in (Al) Gaas/Inalas
Tingkat ionisasi dampak bahan merupakan faktor penting yang mempengaruhi kinerja APD. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju ionisasi tabrakan dari lapisan pengganda dapat ditingkatkan dengan memperkenalkan ikat (p) /inalas dan dalam (al) GaAs /inalas superlattice struktur. Dengan menggunakan struktur superlattice, rekayasa pita dapat secara artifisial mengontrol diskontinuitas tepi pita asimetris antara pita konduksi dan nilai pita valensi, dan memastikan bahwa diskontinuitas pita konduksi jauh lebih besar daripada diskontinuitas pita valensi (ΔEC >> ΔEV). Dibandingkan dengan bahan curah INGAAS, laju ionisasi elektron sumur inalas/inalas kuantum (A) meningkat secara signifikan, dan elektron dan lubang mendapatkan energi ekstra. Karena ΔEC >> ΔEV, dapat diharapkan bahwa energi yang diperoleh oleh elektron meningkatkan laju ionisasi elektron lebih dari kontribusi energi lubang ke laju ionisasi lubang (B). Rasio (k) laju ionisasi elektron terhadap laju ionisasi lubang meningkat. Oleh karena itu, produk bandwidth yang tinggi (GBW) dan kinerja kebisingan rendah dapat diperoleh dengan menerapkan struktur superlattice. Namun, APD sumur eraS/inalas kuantum ini, yang dapat meningkatkan nilai k, sulit diterapkan pada penerima optik. Ini karena faktor pengali yang mempengaruhi respon maksimum dibatasi oleh arus gelap, bukan kebisingan pengganda. Dalam struktur ini, arus gelap terutama disebabkan oleh efek tunneling dari lapisan sumur InGaas dengan celah pita sempit, sehingga pengenalan paduan kuat celah pita lebar, seperti INGAASP atau Inalgaas, bukan Ingaas sebagai lapisan sumur dari struktur sumur kuantum dapat menekan arus gelap.
Waktu posting: Nov-13-2023