Resumé: Déi grondleeënd Struktur a Funktionsprinzip vun engem Lawinen-Fotodetektor (APD-Fotodetektor) ginn agefouert, de Prozess vun der Evolutioun vun der Apparatstruktur gëtt analyséiert, den aktuellen Fuerschungsstatus gëtt zesummegefaasst, an déi zukünfteg Entwécklung vun APD gëtt prospektiv ënnersicht.
1. Aféierung
E Photodetektor ass en Apparat, deen Liichtsignaler an elektresch Signaler ëmwandelt. An engemHalbleiter-Fotodetektor, trëtt den photogeneréierten Träger, deen vum afalenden Photon ugereegt gëtt, ënner der ugewandter Biasspannung an den externen Circuit an a bildt e messbare Photostroum. Och bei maximaler Reaktiounsfäegkeet kann eng PIN-Photodiode maximal nëmmen en Elektron-Lach-Paar produzéieren, wat en Apparat ouni internen Verstärkung ass. Fir eng méi grouss Reaktiounsfäegkeet kann eng Lawinen-Photodiode (APD) benotzt ginn. Den Verstärkungseffekt vun APD op de Photostroum baséiert op dem Ioniséierungskollisiounseffekt. Ënner bestëmmte Konditioune kënnen déi beschleunegt Elektronen a Lächer genuch Energie kréien, fir mam Gitter ze kollidéieren an en neit Elektron-Lach-Paar ze produzéieren. Dëse Prozess ass eng Kettenreaktioun, sou datt dat duerch d'Liichtabsorptioun generéiert Elektron-Lach-Paar eng grouss Zuel vun Elektron-Lach-Paar produzéiere kann an e grousse sekundäre Photostroum bilden. Dofir huet APD eng héich Reaktiounsfäegkeet an en internen Verstärkung, wat d'Signal-Rausch-Verhältnis vum Apparat verbessert. APD gëtt haaptsächlech a Fern- oder méi klenge Glasfaserkommunikatiounssystemer mat anere Limitatiounen op déi empfaangen optesch Leeschtung benotzt. Aktuell si vill Experten fir optesch Apparater ganz optimistesch iwwer d'Perspektiven vun APD a gleewen, datt d'Fuerschung vun APD néideg ass, fir d'international Kompetitivitéit vu verwandte Beräicher ze verbesseren.
2. Technesch Entwécklung vunLawinen-Fotodetektor(APD Photodetektor)
2.1 Materialien
(1)Si-Fotodetektor
D'Si-Materialtechnologie ass eng reif Technologie, déi wäit am Beräich vun der Mikroelektronik agesat gëtt, awer si ass net gëeegent fir d'Virbereedung vun Apparater am Wellelängteberäich vun 1,31 mm an 1,55 mm, déi allgemeng am Beräich vun der optescher Kommunikatioun akzeptéiert sinn.
(2)Ge
Obwuel d'Spektralantwort vun der Ge APD fir d'Ufuerderunge vu geréngem Verloscht a gerénger Dispersioun an der Glasfaseriwwerdroung gëeegent ass, gëtt et grouss Schwieregkeeten am Virbereedungsprozess. Zousätzlech ass d'Elektronen- a Lächerioniséierungsquoteverhältnis vu Ge no bei () 1, sou datt et schwéier ass, héich performant APD-Bauelementer virzebereeden.
(3) In0,53Ga0,47As/InP
Et ass eng effektiv Method, In0.53Ga0.47As als Liichtabsorptiounsschicht vun APD an InP als Multiplikatorschicht ze wielen. Den Absorptiounspeak vum In0.53Ga0.47As Material ass 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm Wellelängt an huet eng héich Absorptiounskoeffizient vun ongeféier 104 cm-1, wat de Moment dat bevorzugt Material fir d'Absorptiounsschicht vum Liichtdetektor ass.
(4)InGaAs Photodetektor/AnFotodetektor
Duerch d'Auswiel vun InGaAsP als Liichtabsorbéierungsschicht an InP als Multiplikatorschicht kann een APD mat enger Reaktiounswellelängt vun 1-1,4 mm, héijer Quanteneffizienz, niddregem Däischterstroum an héijem Lawinengewënn hierstellen. Duerch d'Auswiel vu verschiddene Legierungskomponenten gëtt déi bescht Leeschtung fir spezifesch Wellelängten erreecht.
(5) InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As Material huet eng Bandlück (1.47 eV) an absorbéiert net am Wellelängteberäich vun 1.55 mm. Et gëtt Beweiser datt eng dënn In0.52Al0.48As epitaktesch Schicht besser Verstärkungseigenschaften ewéi InP als Multiplikatorschicht ënner der Bedingung vun der renger Elektroneninjektioun erreeche kann.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs an InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
D'Impaktioniséierungsquote vu Materialien ass e wichtege Faktor, deen d'Leeschtung vun APD beaflosst. D'Resultater weisen, datt d'Kollisiounsioniséierungsquote vun der Multiplikatorschicht verbessert ka ginn, andeems InGaAs (P) /InAlAs an In (Al) GaAs/InAlAs Supergitterstrukturen agefouert ginn. Mat der Supergitterstruktur kann d'Bandtechnik d'asymmetresch Bandranddiskontinuitéit tëscht dem Leitungsband an de Valenzbandwäerter künstlech kontrolléieren, a sécherzestellen, datt d'Leedungsbanddiskontinuitéit vill méi grouss ass wéi d'Valenzbanddiskontinuitéit (ΔEc>>ΔEv). Am Verglach mat InGaAs-Groussmaterialien ass d'InGaAs/InAlAs-Quantebrunn-Elektronenioniséierungsquote (a) däitlech erhéicht, an Elektronen a Lächer kréien extra Energie. Wéinst ΔEc>>ΔEv kann een erwaarden, datt d'Energie, déi vun den Elektronen gewonnen gëtt, d'Elektronenioniséierungsquote vill méi erhéicht wéi de Bäitrag vun der Lachenergie zur Lachioniséierungsquote (b). De Verhältnis (k) vun der Elektronenioniséierungsquote zur Lachioniséierungsquote klëmmt. Dofir kënnen en héije Verstärkungsbandbreetprodukt (GBW) a geréng Geräischerleistung duerch d'Applikatioun vu Supergitterstrukturen erreecht ginn. Dës InGaAs/InAlAs Quantebrunstruktur APD, déi de k-Wäert erhéije kann, ass awer schwéier op optesch Empfänger unzewenden. Dëst ass well de Multiplikatorfaktor, deen déi maximal Reaktiounsfäegkeet beaflosst, vum Däischterstroum limitéiert ass, net vum Multiplikatorgeräisch. An dëser Struktur gëtt den Däischterstroum haaptsächlech duerch den Tunneleffekt vun der InGaAs-Brunschicht mat enger schmueler Bandlück verursaacht, sou datt d'Aféierung vun enger quaternärer Legierung mat enger breeder Bandlück, wéi InGaAsP oder InAlGaAs, amplaz vun InGaAs als Brunschicht vun der Quantebrunstruktur den Däischterstroum ënnerdrécke kann.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 13. November 2023