Abstrak: Struktur dasar dan prinsip kerja detektor foto longsor (Fotodetektor APD) diperkenalkan, proses evolusi struktur perangkat dianalisis, status penelitian saat ini dirangkum, dan pengembangan APD di masa mendatang dipelajari secara prospektif.
1. Pendahuluan
Fotodetektor adalah perangkat yang mengubah sinyal cahaya menjadi sinyal listrik.fotodetektor semikonduktor, pembawa yang dihasilkan oleh foton yang tereksitasi oleh foton yang datang memasuki sirkuit eksternal di bawah tegangan bias yang diberikan dan membentuk arus foto yang terukur. Bahkan pada responsivitas maksimum, fotodioda PIN paling banyak hanya dapat menghasilkan sepasang pasangan elektron-lubang, yang merupakan perangkat tanpa penguatan internal. Untuk responsivitas yang lebih besar, fotodioda longsor (APD) dapat digunakan. Efek amplifikasi APD pada arus foto didasarkan pada efek tumbukan ionisasi. Dalam kondisi tertentu, elektron dan lubang yang dipercepat dapat memperoleh energi yang cukup untuk bertabrakan dengan kisi untuk menghasilkan pasangan elektron-lubang baru. Proses ini merupakan reaksi berantai, sehingga pasangan elektron-lubang yang dihasilkan oleh penyerapan cahaya dapat menghasilkan sejumlah besar pasangan elektron-lubang dan membentuk arus foto sekunder yang besar. Oleh karena itu, APD memiliki responsivitas dan penguatan internal yang tinggi, yang meningkatkan rasio sinyal terhadap derau perangkat. APD terutama akan digunakan dalam sistem komunikasi serat optik jarak jauh atau yang lebih kecil dengan batasan lain pada daya optik yang diterima. Saat ini, banyak ahli perangkat optik sangat optimis terhadap prospek APD, dan percaya bahwa penelitian APD diperlukan untuk meningkatkan daya saing internasional bidang terkait.
2. Pengembangan teknisfotodetektor longsor(fotodetektor APD)
2.1 Bahan
(1)Fotodetektor Si
Teknologi material Si merupakan teknologi matang yang banyak digunakan dalam bidang mikroelektronika, namun tidak cocok untuk persiapan perangkat dalam rentang panjang gelombang 1,31 mm dan 1,55 mm yang diterima secara umum dalam bidang komunikasi optik.
(2)Jatuh
Meskipun respons spektral Ge APD sesuai dengan persyaratan kehilangan rendah dan dispersi rendah dalam transmisi serat optik, terdapat kesulitan besar dalam proses persiapan. Selain itu, rasio laju ionisasi elektron dan lubang Ge mendekati () 1, sehingga sulit untuk menyiapkan perangkat APD berkinerja tinggi.
(3)Dalam0,53Ga0,47As/InP
Ini merupakan metode yang efektif untuk memilih In0.53Ga0.47As sebagai lapisan penyerapan cahaya APD dan InP sebagai lapisan pengganda. Puncak penyerapan material In0.53Ga0.47As adalah 1,65 mm, 1,31 mm, panjang gelombang 1,55 mm memiliki koefisien penyerapan tinggi sekitar 104 cm-1, yang merupakan material pilihan untuk lapisan penyerapan detektor cahaya saat ini.
(4)Fotodetektor InGaAs/Di dalamfotodetektor
Dengan memilih InGaAsP sebagai lapisan penyerap cahaya dan InP sebagai lapisan pengganda, APD dengan panjang gelombang respons 1-1,4 mm, efisiensi kuantum tinggi, arus gelap rendah, dan penguatan longsor tinggi dapat disiapkan. Dengan memilih komponen paduan yang berbeda, kinerja terbaik untuk panjang gelombang tertentu tercapai.
(5)DalamGaAs/DalamAlAs
Material In0.52Al0.48As memiliki celah pita (1,47eV) dan tidak menyerap pada rentang panjang gelombang 1,55mm. Ada bukti bahwa lapisan epitaksial In0.52Al0.48As yang tipis dapat memperoleh karakteristik penguatan yang lebih baik daripada InP sebagai lapisan pengganda dalam kondisi injeksi elektron murni.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs dan InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Laju ionisasi impak material merupakan faktor penting yang memengaruhi kinerja APD. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju ionisasi tumbukan lapisan pengali dapat ditingkatkan dengan memperkenalkan struktur superkisi InGaAs (P) /InAlAs dan In (Al) GaAs/InAlAs. Dengan menggunakan struktur superkisi, rekayasa pita dapat secara artifisial mengendalikan diskontinuitas tepi pita asimetris antara nilai pita konduksi dan pita valensi, dan memastikan bahwa diskontinuitas pita konduksi jauh lebih besar daripada diskontinuitas pita valensi (ΔEc>>ΔEv). Dibandingkan dengan material curah InGaAs, laju ionisasi elektron sumur kuantum InGaAs/InAlAs (a) meningkat secara signifikan, dan elektron serta hole memperoleh energi ekstra. Karena ΔEc>>ΔEv, dapat diharapkan bahwa energi yang diperoleh elektron meningkatkan laju ionisasi elektron jauh lebih banyak daripada kontribusi energi hole terhadap laju ionisasi hole (b). Rasio (k) laju ionisasi elektron terhadap laju ionisasi hole meningkat. Oleh karena itu, produk bandwidth-gain tinggi (GBW) dan kinerja noise rendah dapat diperoleh dengan menerapkan struktur superlattice. Namun, struktur sumur kuantum APD InGaAs/InAlAs ini, yang dapat meningkatkan nilai k, sulit diterapkan pada penerima optik. Hal ini karena faktor pengali yang memengaruhi responsivitas maksimum dibatasi oleh arus gelap, bukan noise pengali. Dalam struktur ini, arus gelap terutama disebabkan oleh efek tunneling dari lapisan sumur InGaAs dengan celah pita sempit, sehingga pengenalan paduan kuartener celah pita lebar, seperti InGaAsP atau InAlGaAs, alih-alih InGaAs sebagai lapisan sumur dari struktur sumur kuantum dapat menekan arus gelap.
Waktu posting: 13-Nov-2023