Abstrak: Struktur dasar dan prinsip kerja fotodetektor longsoran (Fotodetektor APD) diperkenalkan, proses evolusi struktur perangkat dianalisis, status penelitian saat ini dirangkum, dan pengembangan APD di masa depan dipelajari secara prospektif.
1. Perkenalan
Fotodetektor 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 foto yang dapat diukur.Bahkan pada respon maksimum, fotodioda PIN paling banyak hanya dapat menghasilkan sepasang pasangan lubang elektron, yang merupakan perangkat tanpa penguatan internal.Untuk respons yang lebih baik, fotodioda longsoran (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 bertumbukan dengan kisi guna menghasilkan pasangan pasangan elektron-lubang baru.Proses ini merupakan reaksi berantai, sehingga pasangan pasangan lubang elektron yang dihasilkan oleh serapan cahaya dapat menghasilkan pasangan lubang elektron dalam jumlah besar dan membentuk arus foto sekunder yang besar.Oleh karena itu, APD memiliki responsivitas dan penguatan internal yang tinggi, sehingga meningkatkan rasio signal-to-noise perangkat.APD terutama akan digunakan dalam sistem komunikasi serat optik jarak jauh atau lebih kecil dengan batasan lain pada daya optik yang diterima.Saat ini, banyak ahli perangkat optik yang sangat optimis terhadap prospek APD, dan percaya bahwa penelitian APD diperlukan untuk meningkatkan daya saing internasional di bidang terkait.
2. Perkembangan teknisfotodetektor longsoran salju(Fotodetektor APD)
2.1 Bahan
(1)Si fotodetektor
Teknologi material Si merupakan teknologi matang yang banyak digunakan di bidang mikroelektronika, namun tidak cocok untuk pembuatan perangkat pada rentang panjang gelombang 1,31 mm dan 1,55 mm yang diterima secara umum di bidang komunikasi optik.
(2)Kejadian
Meskipun respons spektral Ge APD sesuai untuk 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 berperforma tinggi.
(3)In0,53Ga0,47As/InP
Ini adalah metode yang efektif untuk memilih In0.53Ga0.47As sebagai lapisan serapan cahaya APD dan InP sebagai lapisan pengali.Puncak serapan bahan In0.53Ga0.47As adalah panjang gelombang 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm dengan koefisien serapan tinggi sekitar 104cm-1, yang merupakan bahan pilihan untuk lapisan serapan 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 longsoran tinggi dapat disiapkan.Dengan memilih komponen paduan yang berbeda, kinerja terbaik untuk panjang gelombang tertentu dapat dicapai.
(5)InGaAs/InAlAs
Bahan In0.52Al0.48As memiliki celah pita (1.47eV) dan tidak menyerap pada rentang panjang gelombang 1.55mm.Terdapat bukti bahwa lapisan epitaksi In0.52Al0.48A yang tipis dapat memperoleh karakteristik penguatan yang lebih baik daripada InP sebagai lapisan multiplikator dalam kondisi injeksi elektron murni.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs dan InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Tingkat dampak ionisasi bahan merupakan faktor penting yang mempengaruhi kinerja APD.Hasilnya menunjukkan bahwa laju ionisasi tumbukan lapisan pengganda dapat ditingkatkan dengan memperkenalkan struktur superlattice InGaAs (P) /InAlAs dan In (Al) GaAs/InAlAs.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 material curah InGaAs, laju ionisasi elektron sumur kuantum (a) InGaAs/InAlAs meningkat secara signifikan, dan elektron serta lubang memperoleh energi ekstra.Karena ΔEc>>ΔEv, dapat diharapkan bahwa energi yang diperoleh elektron meningkatkan laju ionisasi elektron jauh lebih besar daripada kontribusi energi lubang terhadap laju ionisasi lubang (b).Rasio (k) laju ionisasi elektron terhadap laju ionisasi lubang meningkat.Oleh karena itu, produk bandwidth gain tinggi (GBW) dan kinerja noise rendah dapat diperoleh dengan menerapkan struktur superlattice.Namun, APD struktur sumur kuantum InGaAs/InAlAs ini, yang dapat meningkatkan nilai k, sulit diterapkan pada penerima optik.Hal ini karena faktor pengganda yang mempengaruhi respons maksimum dibatasi oleh arus gelap, bukan kebisingan pengganda.Dalam struktur ini, arus gelap terutama disebabkan oleh efek terowongan lapisan sumur InGaAs dengan celah pita sempit, sehingga diperkenalkan paduan kuaterner celah pita lebar, seperti InGaAsP atau InAlGaAs, sebagai pengganti InGaAs sebagai lapisan sumur. struktur sumur kuantum dapat menekan arus gelap.
Waktu posting: 13 November 2023