Кыскача мазмуну: Кар көчкүсү фотодетекторунун негизги түзүлүшү жана иштөө принциби (APD фотодетектору) киргизилет, түзмөктүн түзүлүшүнүн эволюция процесси талданат, изилдөөнүн учурдагы абалы кыскача баяндалат жана APDнин келечектеги өнүгүшү проспективдүү түрдө изилденет.
1. Киришүү
Фотодетектор – бул жарык сигналдарын электрдик сигналдарга айландыруучу түзүлүш.жарым өткөргүч фотодетектор, түшкөн фотон тарабынан козголгон фотогенерацияланган алып жүрүүчү колдонулган кыйшайуу чыңалуусунун астында тышкы чынжырчага кирип, өлчөнө турган фототокту түзөт. Максималдуу жооп берүүдө да, PIN фотодиоду эң көп дегенде бир жуп электрондук-тешиги жуптарын гана өндүрө алат, бул ички күчөткүчү жок түзмөк. Жогорку жооп берүүчүлүк үчүн көчкү фотодиодун (APD) колдонсо болот. APDнин фототокко күчөтүү эффектиси иондоштуруу кагылышуу эффектине негизделген. Белгилүү бир шарттарда, ылдамдатылган электрондор жана тешиктер жаңы электрон-тешиги жуптарын пайда кылуу үчүн торчо менен кагылышууга жетиштүү энергия ала алышат. Бул процесс чынжыр реакциясы болуп саналат, ошондуктан жарыктын жутулушу менен пайда болгон электрон-тешиги жуптары көп сандаган электрон-тешиги жуптарын өндүрүп, чоң экинчилик фототокту түзө алат. Ошондуктан, APD жогорку жооп берүүчүлүккө жана ички күчөтүүгө ээ, бул түзмөктүн сигнал-ызы-чуу катышын жакшыртат. APD негизинен кабыл алынган оптикалык кубаттуулукка башка чектөөлөрү бар алыскы же кичирээк оптикалык була байланыш системаларында колдонулат. Учурда көптөгөн оптикалык түзүлүштөр боюнча эксперттер APD келечегине абдан оптимисттик көз карашта жана APDди изилдөө тиешелүү тармактардын эл аралык атаандаштыкка жөндөмдүүлүгүн жогорулатуу үчүн зарыл деп эсептешет.
2. Техникалык өнүктүрүүкөчкү фотодетектору(APD фотодетектору)
2.1 Материалдар
(1)Si фотодетектору
Si материалдык технологиясы микроэлектроника тармагында кеңири колдонулган жетилген технология, бирок ал оптикалык байланыш тармагында жалпы кабыл алынган 1,31 мм жана 1,55 мм толкун узундугундагы түзмөктөрдү даярдоого ылайыктуу эмес.
(2)Ге
Ge APD спектрдик реакциясы оптикалык була берүүсүндө аз жоготуу жана аз дисперсия талаптарына ылайыктуу болгону менен, даярдоо процессинде чоң кыйынчылыктар бар. Мындан тышкары, Ge'нин электрон жана тешик иондоштуруу ылдамдыгынын катышы () 1ге жакын, ошондуктан жогорку өндүрүмдүү APD түзмөктөрүн даярдоо кыйын.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APDдин жарыкты сиңирүү катмары катары In0.53Ga0.47As жана көбөйтүүчү катмар катары InP тандоо натыйжалуу ыкма болуп саналат. In0.53Ga0.47As материалынын сиңирүү чокусу 1.65 мм, 1.31 мм, 1.55 мм толкун узундугу болжол менен 104 см-1 жогорку сиңирүү коэффициентине барабар, бул учурда жарык детекторунун сиңирүү катмары үчүн артыкчылыктуу материал болуп саналат.
(4)InGaAs фотодетектору/Ичиндефотодетектор
Жарыкты сиңирүүчү катмар катары InGaAsP жана көбөйтүүчү катмар катары InP тандоо менен, 1-1,4 мм жооп толкун узундугуна, жогорку кванттык натыйжалуулукка, төмөнкү караңгы токко жана жогорку көчкү күчүнө ээ APD даярдалышы мүмкүн. Ар кандай эритме компоненттерин тандоо менен, белгилүү бир толкун узундуктары үчүн эң жакшы көрсөткүчтөргө жетишилет.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As материалынын тыюу салынган зонасы (1.47 эВ) бар жана 1.55 мм толкун узундугунун диапазонунда сиңирбейт. Таза электронду киргизүү шартында жука In0.52Al0.48As эпитаксиалдык катмары мультипликатор катмары катары InPге караганда жакшыраак күчөтүү мүнөздөмөлөрүн ала алары жөнүндө далилдер бар.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs жана InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Материалдардын сокку иондоштуруу ылдамдыгы APDдин иштешине таасир этүүчү маанилүү фактор болуп саналат. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, көбөйткүч катмардын кагылышуу иондоштуруу ылдамдыгын InGaAs (P) /InAlAs жана In (Al) GaAs/InAlAs суперторчо структураларын киргизүү менен жакшыртууга болот. Суперторчо структурасын колдонуу менен, тилке инженериясы өткөргүч тилке менен валенттик тилкенин маанилеринин ортосундагы асимметриялык тилке четинин үзгүлтүктүүлүгүн жасалма жол менен көзөмөлдөй алат жана өткөргүч тилкесинин үзгүлтүктүүлүгү валенттик тилкенин үзгүлтүктүүлүгүнөн (ΔEc>>ΔEv) алда канча чоң экенин камсыздай алат. InGaAs көлөмдүү материалдары менен салыштырганда, InGaAs/InAlAs кванттык кудуктун электрон иондоштуруу ылдамдыгы (a) бир кыйла жогорулайт жана электрондор жана тешиктер кошумча энергия алышат. ΔEc>>ΔEvдин аркасында, электрондор алган энергия электрон иондоштуруу ылдамдыгын тешик энергиясынын тешик иондоштуруу ылдамдыгына (b) кошкон салымынан алда канча жогорулатат деп күтсө болот. Электрон иондоштуруу ылдамдыгынын тешик иондоштуруу ылдамдыгына катышы (k) жогорулайт. Ошондуктан, жогорку күчөтүү-өткөрүү жөндөмдүүлүгүнүн көбөйтүндүсүн (GBW) жана төмөнкү ызы-чуу көрсөткүчтөрүн супер торчолуу структураларды колдонуу менен алууга болот. Бирок, k маанисин жогорулата турган бул InGaAs/InAlAs кванттык кудук структурасынын APDсин оптикалык кабыл алгычтарга колдонуу кыйын. Себеби, максималдуу жооп кайтарууга таасир этүүчү көбөйтүүчү фактор көбөйткүчтүн ызы-чуусу менен эмес, караңгы ток менен чектелген. Бул структурада караңгы ток негизинен тар тилкелүү аралыгы бар InGaAs кудук катмарынын туннельдөө эффектинен келип чыгат, андыктан кванттык кудук структурасынын кудук катмары катары InGaAs ордуна InGaAsP же InAlGaAs сыяктуу кең тилкелүү аралыгы бар төртүнчү эритмени киргизүү караңгы токту басышы мүмкүн.
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 13-ноябры