Crynodeb: Strwythur sylfaenol ac egwyddor weithio ffotosynhwyrydd eirlithriadau (Ffotosynhwyrydd APD) yn cael eu cyflwyno, dadansoddir proses esblygiad strwythur y ddyfais, crynhoir statws yr ymchwil gyfredol, ac astudir datblygiad APD yn y dyfodol yn rhagolygol.
1. Cyflwyniad
Dyfais sy'n trosi signalau golau yn signalau trydanol yw ffotosynhwyrydd. Mewnffotosynhwyrydd lled-ddargludyddion, mae'r cludwr a gynhyrchir gan ffoto a gyffroir gan y ffoton digwyddiadol yn mynd i mewn i'r gylched allanol o dan y foltedd rhagfarn cymhwysol ac yn ffurfio ffotogerrynt mesuradwy. Hyd yn oed ar yr ymatebolrwydd mwyaf, dim ond pâr o barau electron-twll y gall ffotodeuod PIN ei gynhyrchu ar y mwyaf, sy'n ddyfais heb enillion mewnol. Ar gyfer ymatebolrwydd gwell, gellir defnyddio ffotodeuod eirlithriad (APD). Mae effaith ymhelaethu APD ar ffotogerrynt yn seiliedig ar effaith gwrthdrawiad ïoneiddio. O dan rai amodau, gall yr electronau a'r tyllau cyflymedig gael digon o egni i wrthdaro â'r dellt i gynhyrchu pâr newydd o barau electron-twll. Mae'r broses hon yn adwaith cadwynol, fel y gall y pâr o barau electron-twll a gynhyrchir gan amsugno golau gynhyrchu nifer fawr o barau electron-twll a ffurfio ffotogerrynt eilaidd mawr. Felly, mae gan APD ymatebolrwydd uchel ac enillion mewnol, sy'n gwella'r gymhareb signal-i-sŵn o'r 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 ynghylch rhagolygon APD, ac yn credu bod ymchwil APD yn angenrheidiol i wella cystadleurwydd rhyngwladol meysydd cysylltiedig.
2. Datblygiad technegolffotosynhwyrydd eirlithriadau(Ffotosynhwyrydd APD)
2.1 Deunyddiau
(1)Ffotosynhwyrydd Si
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 ac 1.55mm sy'n cael eu derbyn 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 ïoneiddio electronau a thyllau Ge yn agos at () 1, felly mae'n anodd paratoi dyfeisiau APD perfformiad uchel.
(3)Mewn0.53Ga0.47As/MewnP
Mae'n ddull effeithiol o ddewis In0.53Ga0.47As fel yr haen amsugno golau ar gyfer APD ac InP fel yr haen lluosydd. Mae brig amsugno deunydd In0.53Ga0.47As yn 1.65mm, 1.31mm, tonfedd 1.55mm, gyda chyfernod amsugno uchel o tua 104cm-1, sef y deunydd a ffefrir ar gyfer haen amsugno synhwyrydd golau ar hyn o bryd.
(4)Ffotosynhwyrydd InGaAs/Mewnffotosynhwyrydd
Drwy 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 eirlithriad uchel. Drwy ddewis gwahanol gydrannau aloi, cyflawnir y perfformiad gorau ar gyfer tonfeddi penodol.
(5)InGaAs/InAlAs
Mae gan ddeunydd In0.52Al0.48As fwlch band (1.47eV) ac nid yw'n amsugno yn yr ystod tonfedd o 1.55mm. Mae tystiolaeth y gall haen epitacsial denau In0.52Al0.48As gael nodweddion ennill gwell nag InP fel haen lluosydd o dan yr amod o chwistrelliad electronau pur.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ac InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Mae cyfradd ïoneiddio effaith deunyddiau yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar berfformiad APD. Mae'r canlyniadau'n dangos y gellir gwella cyfradd ïoneiddio gwrthdrawiad yr haen lluosydd trwy gyflwyno strwythurau uwch-latis InGaAs (P) /InAlAs ac In (Al) GaAs/InAlAs. Trwy ddefnyddio'r strwythur uwch-latis, gall y peirianneg band reoli'r anghysondeb ymyl band anghymesur rhwng gwerthoedd y band dargludiad a'r band falens yn artiffisial, a sicrhau bod anghysondeb y band dargludiad yn llawer mwy na'r anghysondeb band falens (ΔEc>>ΔEv). O'i gymharu â deunyddiau swmp InGaAs, mae cyfradd ïoneiddio electronau ffynnon cwantwm InGaAs/InAlAs (a) wedi cynyddu'n sylweddol, ac mae electronau a thyllau'n ennill egni ychwanegol. Oherwydd ΔEc>>ΔEv, gellir disgwyl y bydd yr egni a enillir gan electronau yn cynyddu'r gyfradd ïoneiddio electronau yn llawer mwy na chyfraniad egni twll i gyfradd ïoneiddio twll (b). Mae'r gymhareb (k) o gyfradd ïoneiddio electronau i gyfradd ïoneiddio twll yn cynyddu. Felly, gellir cael cynnyrch lled band ennill (GBW) uchel a pherfformiad sŵn isel trwy gymhwyso strwythurau uwch-lattice. 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 wedi'i gyfyngu gan y cerrynt tywyll, nid y sŵn 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 gall cyflwyno aloi cwaternaidd bwlch band eang, fel InGaAsP neu InAlGaAs, yn lle InGaAs fel haen ffynnon strwythur ffynnon cwantwm atal y cerrynt tywyll.
Amser postio: Tach-13-2023