اصل و وضعیت فعلی عکس بهمن (PhotoDetector APD) قسمت یک

چکیده: ساختار اساسی و اصل کار نوری بهمن (نوری APD) معرفی شده است ، فرایند تکامل ساختار دستگاه مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد ، وضعیت تحقیق فعلی خلاصه می شود و توسعه آینده APD به صورت آینده نگر مورد مطالعه قرار می گیرد.

1. مقدمه
PhotoDetector وسیله ای است که سیگنال های سبک را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند. در الفنوری نیمه هادی، حامل تولید شده از عکس که توسط فوتون حادثه هیجان زده می شود وارد مدار خارجی تحت ولتاژ تعصب کاربردی می شود و یک فتوکورنت قابل اندازه گیری را تشکیل می دهد. حتی در حداکثر پاسخگویی ، یک فتودودیود پین فقط می تواند یک جفت جفت سوراخ الکترون را حداکثر تولید کند ، که دستگاهی بدون افزایش داخلی است. برای پاسخگویی بیشتر ، می توان از یک فتودیود بهمن (APD) استفاده کرد. اثر تقویت APD بر فتوکورنت بر اساس اثر برخورد یونیزاسیون است. در شرایط خاص ، الکترون ها و سوراخ های شتاب می توانند انرژی کافی برای برخورد با شبکه را بدست آورند تا یک جفت جدید از جفت سوراخ های الکترونیکی تولید کنند. این فرآیند یک واکنش زنجیره ای است ، به طوری که جفت جفت سوراخ الکترون تولید شده توسط جذب نور می تواند تعداد زیادی از جفت های سوراخ الکترون را تولید کرده و یک فتوکورنت ثانویه بزرگ تشکیل دهد. بنابراین ، APD دارای پاسخگویی بالا و افزایش داخلی است که باعث بهبود نسبت سیگنال به نویز دستگاه می شود. APD عمدتا در سیستم های ارتباطی فیبر نوری از راه دور یا کوچکتر با محدودیت های دیگر در قدرت نوری دریافت شده استفاده می شود. در حال حاضر ، بسیاری از متخصصان دستگاه نوری نسبت به چشم انداز APD بسیار خوش بین هستند و معتقدند که تحقیقات APD برای تقویت رقابت بین المللی زمینه های مرتبط ضروری است.

2. توسعه فنینوری بهمن(Photodetector APD)

2.1 مواد
(1)Si Photodetector
فناوری Si Material یک فناوری بالغ است که به طور گسترده در زمینه میکروالکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد ، اما برای تهیه دستگاه ها در محدوده طول موج 1.31 میلی متر و 1.55 میلی متر مناسب نیست که به طور کلی در زمینه ارتباطات نوری پذیرفته شده است.

(2) GE
اگرچه پاسخ طیفی GE APD برای الزامات کمبود کم و پراکندگی کم در انتقال فیبر نوری مناسب است ، اما در فرآیند آماده سازی مشکلات بزرگی وجود دارد. علاوه بر این ، نسبت نرخ یونیزاسیون الکترون و سوراخ GE نزدیک به () 1 است ، بنابراین تهیه دستگاه های APD با کارایی بالا دشوار است.

(3) in0.53ga0.47A/inp
این یک روش مؤثر برای انتخاب in0.53ga0.47a به عنوان لایه جذب نور APD و INP به عنوان لایه ضرب است. اوج جذب مواد IN0.53GA0.47AS 1.65 میلی متر ، 1.31 میلی متر ، طول موج 1.55 میلی متر در حدود 104cm-1 ضریب جذب بالا است ، که این ماده ارجح برای لایه جذب آشکارساز نور در حال حاضر است.

(4)نوراسگر اینگا/دردستگاه نوری
با انتخاب INGAASP به عنوان لایه جذب کننده نور و INP به عنوان لایه ضرب ، APD با طول موج پاسخ 1-1.4 میلی متر ، راندمان کوانتومی بالا ، جریان کم تاریک و افزایش بهمن بالا می تواند تهیه شود. با انتخاب اجزای مختلف آلیاژ ، بهترین عملکرد برای طول موج خاص حاصل می شود.

(5) Ingaas/Inalas
مواد IN0.52AL0.48AS دارای شکاف باند (1.47EV) است و در محدوده طول موج 1.55 میلی متر جذب نمی شود. شواهدی وجود دارد که نشان می دهد لایه اپیتاکسیال نازک 0.52AL0.48AS می تواند ویژگی های افزایش بهتری نسبت به INP به عنوان یک لایه ضرب تحت شرایط تزریق الکترونی خالص بدست آورد.

(6) INGAAS/INGAAS (P)/INALAS و INGAAS/IN (AL) GAAS/INALAS
میزان تأثیر یونیزاسیون مواد عامل مهمی است که بر عملکرد APD تأثیر می گذارد. نتایج نشان می دهد که با معرفی INGAAS (P) /INALAS و در (AL) GAAS /Inalas Superlattice ، میزان یونیزاسیون برخورد لایه ضرب می تواند بهبود یابد. با استفاده از ساختار Superlattice ، مهندسی باند می تواند به طور مصنوعی ناپیوستگی باند باند نامتقارن را بین باند هدایت و مقادیر باند Valence کنترل کند و اطمینان حاصل کند که ناپیوستگی باند هدایت بسیار بزرگتر از ناپیوستگی باند Valence است (ΔEC >> ΔEV). در مقایسه با مواد فله ای ingaas ، میزان یونیزاسیون الکترون ingaas/inalas کوانتومی چاه (A) به طور قابل توجهی افزایش یافته و الکترون ها و سوراخ ها انرژی بیشتری کسب می کنند. با توجه به ΔEC >> ΔEV ، می توان انتظار داشت که انرژی به دست آمده توسط الکترون ها میزان یونیزاسیون الکترونی را بسیار بیشتر از سهم انرژی سوراخ در میزان یونیزاسیون سوراخ (B) افزایش دهد. نسبت (k) میزان یونیزاسیون الکترونی به میزان یونیزاسیون سوراخ افزایش می یابد. بنابراین ، محصول پهنای باند سود بالا (GBW) و عملکرد کم صدای با استفاده از ساختارهای Superlattice را می توان بدست آورد. با این حال ، این APD ساختار چاه ingaas/inalas ، که می تواند مقدار K را افزایش دهد ، استفاده از گیرنده های نوری دشوار است. این امر به این دلیل است که عامل ضرب که حداکثر پاسخگویی را تحت تأثیر قرار می دهد ، توسط جریان تاریک محدود است ، نه نویز ضرب. در این ساختار ، جریان تاریک عمدتاً در اثر اثر تونل زنی لایه چاه Ingaas با شکاف باند باریک ایجاد می شود ، بنابراین معرفی آلیاژ کواترنر شکاف گسترده مانند Ingaasp یا Inalgaas ، به جای INGAAS به عنوان لایه چاه ساختار چاه کوانتومی می تواند جریان تاریک را سرکوب کند.