الخلاصة: الهيكل الأساسي ومبدأ العمل في الكشف الضوئي الانهيار (APD PhotoDetector) يتم تقديمها ، ويتم تحليل عملية تطور بنية الجهاز ، ويتم تلخيص حالة البحث الحالية ، ويتم دراسة التطوير المستقبلي لـ APD مستقبلاً.
1. مقدمة
PhotoDetector هو جهاز يحول إشارات الضوء إلى إشارات كهربائية. فيانتصار أشباه الموصلات، يدخل الناقل الذي تم إنشاؤه بواسطة الصور المتحمس بواسطة الفوتون الحادث الدائرة الخارجية تحت جهد التحيز المطبق ويشكل التيار ضوئي قابل للقياس. حتى في أقصى استجابة ، يمكن أن تنتج ثنائيات الضوئية الدبوس فقط زوجًا من أزواج فتحة الإلكترون على الأكثر ، وهو جهاز بدون مكسب داخلي. لمزيد من الاستجابة ، يمكن استخدام ثنائيات ضوئية الانهيار (APD). يعتمد تأثير تضخيم APD على التيار الضوئي على تأثير تصادم التأين. في ظل ظروف معينة ، يمكن للإلكترونات والثقوب المتسارعة الحصول على طاقة كافية للتصادم مع الشبكة لإنتاج زوج جديد من أزواج فتحة الإلكترون. هذه العملية عبارة عن تفاعل متسلسل ، بحيث يمكن أن ينتج زوج أزواج فتحة الإلكترون الناتجة عن امتصاص الضوء عددًا كبيرًا من أزواج فتحة الإلكترون ويشكل عملًا ضوئيًا ثانويًا كبيرًا. لذلك ، لدى APD استجابة عالية ومكسب داخلي ، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء للجهاز. سيتم استخدام APD بشكل أساسي في أنظمة اتصال الألياف البصرية أو أصغر مع قيود أخرى على الطاقة البصرية المستلمة. في الوقت الحاضر ، فإن العديد من خبراء الأجهزة البصرية متفائلون للغاية بشأن احتمالات APD ، ويعتقدون أن بحث APD ضروري لتعزيز القدرة التنافسية الدولية للمجالات ذات الصلة.
2. التطوير الفني لAvalanche PhotoDetector(APD PhotoDetector)
2.1 المواد
(1)SI PhotoDetector
تقنية مواد SI هي تقنية ناضجة تستخدم على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات الدقيقة ، لكنها ليست مناسبة لإعداد الأجهزة في نطاق الطول الموجي 1.31 مم و 1.55 ملم مقبول عمومًا في مجال التواصل البصري.
(2) GE
على الرغم من أن الاستجابة الطيفية لـ GE APD مناسبة لمتطلبات انخفاض الخسارة وانخفاض تشتت الألياف البصرية ، إلا أن هناك صعوبات كبيرة في عملية التحضير. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نسبة معدل تأين الإلكترون والثقب في GE قريبة من () 1 ، لذلك من الصعب إعداد أجهزة APD عالية الأداء.
(3) in0.53ga0.47as/inp
إنها طريقة فعالة لتحديد in0.53ga0.47as كطبقة امتصاص الضوء من APD و INP كطبقة مضاعفة. تبلغ ذروة الامتصاص البالغة in0.53ga0.47as 1.65 ملم ، 1.31 مم ، طول الموجة 1.55 ملم حوالي 104 سم -1 معامل امتصاص عالية ، وهو المادة المفضلة لطبقة امتصاص الكشف عن الضوء في الوقت الحاضر.
(4)Ingaas PhotoDetector/فيالكاشف الضوئي
عن طريق اختيار Ingaasp كطبقة امتصاص الضوء و INP كطبقة مضاعفة ، يمكن إعداد APD بطول موجة استجابة من 1-1.4 مم ، وكفاءة كمية عالية ، ومكسب داكن منخفض ومكسب Avalanche العالي. من خلال اختيار مكونات سبائك مختلفة ، يتم تحقيق أفضل أداء لأطوال موجية محددة.
(5) Ingaas/inalas
تحتوي مادة in0.52al0.48As على فجوة النطاق (1.47EV) ولا تمتص في نطاق الطول الموجي 1.55 ملم. هناك أدلة على أن الطبقة الفوقية الرقيقة in0.52al0.48As يمكن أن تحصل على خصائص مكسب أفضل من INP كطبقة مضاعفة تحت حالة حقن الإلكترون النقي.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/inalas و ingaas/in (al) gaas/inalas
معدل التأين تأثير المواد هو عامل مهم يؤثر على أداء APD. أظهرت النتائج أن معدل تأين التصادم لطبقة مضاعفة يمكن تحسينه من خلال إدخال هياكل Ingaas (P) /inalas وفي (AL) GaAs /inalas superlattice. باستخدام بنية superlattice ، يمكن لهندسة النطاق التحكم بشكل مصطنع في انقطاع حافة النطاق غير المتماثل بين نطاق التوصيل وقيم نطاق التكافؤ ، والتأكد من أن انقطاع نطاق التوصيل أكبر بكثير من انقطاع نطاق التكافؤ (ΔEC >> ΔEV). بالمقارنة مع مواد Ingaas بالجملة ، يتم زيادة معدل تأين الإلكترون ingaas/inalas بشكل كبير ، واكتساب الإلكترونات والثقوب طاقة إضافية. بسبب ΔEC >> ΔEV ، يمكن توقع أن الطاقة المكتسبة من قبل الإلكترونات تزيد من معدل تأين الإلكترون أكثر بكثير من مساهمة طاقة الثقب في معدل تأين الثقب (B). زيادة نسبة (K) من معدل تأين الإلكترون إلى معدل تأين الثقب. لذلك ، يمكن الحصول على منتج عالي الكسب النطاق (GBW) وأداء ضوضاء منخفض من خلال تطبيق هياكل Superlattice. ومع ذلك ، من الصعب تطبيق INGAAS/inalas Quantum Well Structure APD ، والتي يمكن أن تزيد من قيمة K ، على أجهزة الاستقبال البصرية. وذلك لأن عامل المضاعف الذي يؤثر على أقصى استجابة يقتصر على التيار المظلم ، وليس ضوضاء المضاعف. في هذا الهيكل ، يكون التيار المظلم ناتجًا بشكل أساسي عن تأثير النفق لطبقة Well Engaas مع فجوة في الفرقة ضيقة ، وبالتالي فإن إدخال سبيكة رباعي الفجوة واسعة النطاق ، مثل ingaasp أو inalgaas ، بدلاً من Ingaas وكذلك طبقة البئر البئر يمكن أن تقمع التيار المظلم.
وقت النشر: نوفمبر-13-2023