Crynodeb: Strwythur sylfaenol ac egwyddor weithredol ffotosynhwyrydd eirlithriadau (Synhwyrydd ffoto APD) yn cael eu cyflwyno, dadansoddir proses esblygiad strwythur y ddyfais, crynhoir y statws ymchwil presennol, ac astudir datblygiad APD yn y dyfodol yn rhagolygol.
1. Rhagymadrodd
Dyfais yw ffotosynhwyrydd sy'n trosi signalau golau yn signalau trydanol. Yn affotosynhwyrydd lled-ddargludyddion, mae'r cludwr a gynhyrchir gan luniau wedi'i gyffroi gan y ffoton digwyddiad yn mynd i mewn i'r gylched allanol o dan y foltedd tuedd cymhwysol ac yn ffurfio ffotogyfrwng mesuradwy. Hyd yn oed ar yr ymatebolrwydd mwyaf, dim ond pâr o barau electron-twll ar y mwyaf y gall ffotodiode PIN eu cynhyrchu, sef dyfais heb enillion mewnol. Er mwyn bod yn fwy ymatebol, gellir defnyddio ffotodiod eirlithriad (APD). Mae effaith ymhelaethu APD ar ffotocurrent yn seiliedig ar yr effaith gwrthdrawiad ionization. O dan rai amodau, gall yr electronau a'r tyllau carlam gael digon o egni i wrthdaro â'r dellt i gynhyrchu pâr newydd o barau tyllau electronau. Mae'r broses hon yn adwaith cadwynol, fel bod y pâr o barau electron-twll a gynhyrchir gan amsugno golau yn gallu cynhyrchu nifer fawr o barau electron-twll a ffurfio ffotocerrynt eilaidd mawr. Felly, mae gan APD ymatebolrwydd uchel a chynnydd mewnol, sy'n gwella cymhareb signal-i-sŵn y ddyfais. Bydd APD yn cael ei ddefnyddio'n bennaf mewn systemau cyfathrebu ffibr optegol pellter hir neu lai gyda chyfyngiadau eraill ar y pŵer optegol a dderbynnir. Ar hyn o bryd, mae llawer o arbenigwyr dyfeisiau optegol yn optimistaidd iawn am ragolygon APD, ac yn credu bod ymchwil APD yn angenrheidiol i wella cystadleurwydd rhyngwladol meysydd cysylltiedig.
2. Datblygiad technegol offotosynhwyrydd eirlithriadau(synhwyrydd ffoto APD)
2.1 Deunyddiau
(1)Si ffotosynhwyrydd
Mae technoleg deunydd Si yn dechnoleg aeddfed a ddefnyddir yn helaeth ym maes microelectroneg, ond nid yw'n addas ar gyfer paratoi dyfeisiau yn yr ystod tonfedd o 1.31mm a 1.55mm a dderbynnir yn gyffredinol ym maes cyfathrebu optegol.
(2) Ge
Er bod ymateb sbectrol Ge APD yn addas ar gyfer gofynion colled isel a gwasgariad isel mewn trosglwyddiad ffibr optegol, mae anawsterau mawr yn y broses baratoi. Yn ogystal, mae cymhareb cyfradd ionization electron a thwll Ge yn agos at () 1, felly mae'n anodd paratoi dyfeisiau APD perfformiad uchel.
(3)Yn 0.53Ga0.47As/MewnP
Mae'n ddull effeithiol i ddewis In0.53Ga0.47As fel haen amsugno golau APD ac InP fel yr haen lluosydd. Uchafbwynt amsugno deunydd In0.53Ga0.47As yw 1.65mm, mae tonfedd 1.31mm, 1.55mm tua 104cm-1 cyfernod amsugno uchel, sef y deunydd a ffefrir ar gyfer yr haen amsugno o synhwyrydd golau ar hyn o bryd.
(4)Synhwyrydd ffoto InGaA/Ynffotosynhwyrydd
Trwy ddewis InGaAsP fel yr haen amsugno golau ac InP fel yr haen lluosydd, gellir paratoi APD gyda thonfedd ymateb o 1-1.4mm, effeithlonrwydd cwantwm uchel, cerrynt tywyll isel ac enillion eirlithriadau uchel. Trwy ddewis gwahanol gydrannau aloi, cyflawnir y perfformiad gorau ar gyfer tonfeddi penodol.
(5)InGaAs/InAlAs
Mae gan ddeunydd In0.52Al0.48A fwlch band (1.47eV) ac nid yw'n amsugno ar yr ystod tonfedd o 1.55mm. Mae tystiolaeth y gall haen epitaxial tenau In0.52Al0.48A gael nodweddion ennill gwell nag InP fel haen lluosydd o dan gyflwr chwistrelliad electron pur.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ac InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Mae cyfradd ionization effaith deunyddiau yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar berfformiad APD. Mae'r canlyniadau'n dangos y gellir gwella cyfradd ïoneiddiad gwrthdrawiad yr haen lluosydd trwy gyflwyno strwythurau superlattice InGaAs (P) /InAlAs ac In (Al) GaAs/InAlAs. Trwy ddefnyddio'r strwythur superlattice, gall y peirianneg band reoli'n artiffisial yr anghyfartaledd ymyl band anghymesur rhwng y band dargludiad a'r gwerthoedd band falens, a sicrhau bod diffyg parhad y band dargludiad yn llawer mwy na'r diffyg parhad band falens (ΔEc>> ΔEv). O'i gymharu â deunyddiau swmp InGaAs, mae cyfradd ïoneiddio electronau cwantwm InGaAs/InAlAs (a) yn cynyddu'n sylweddol, ac mae electronau a thyllau yn ennill egni ychwanegol. Oherwydd ΔEc>> ΔEv, gellir disgwyl bod yr egni a enillir gan electronau yn cynyddu'r gyfradd ïoneiddiad electronau yn llawer mwy na chyfraniad egni twll i gyfradd ïoneiddiad twll (b). Mae cymhareb (k) cyfradd ionization electron i gyfradd ionization twll yn cynyddu. Felly, gellir cael cynnyrch cynnydd-lled band uchel (GBW) a pherfformiad sŵn isel trwy gymhwyso strwythurau superlattice. Fodd bynnag, mae'r APD strwythur ffynnon cwantwm InGaAs/InAlAs hwn, a all gynyddu'r gwerth k, yn anodd ei gymhwyso i dderbynyddion optegol. Mae hyn oherwydd bod y ffactor lluosydd sy'n effeithio ar yr ymatebolrwydd mwyaf yn cael ei gyfyngu gan y cerrynt tywyll, nid sŵn y lluosydd. Yn y strwythur hwn, mae'r cerrynt tywyll yn cael ei achosi'n bennaf gan effaith twnelu haen ffynnon InGaAs gyda bwlch band cul, felly mae cyflwyno aloi cwaternaidd bwlch band eang, megis InGaAsP neu InAlGaAs, yn lle InGaAs fel haen y ffynnon. Gall strwythur y ffynnon cwantwm atal y cerrynt tywyll.
Amser postio: Tachwedd-13-2023