תקציר: המבנה הבסיסי והעקרון העובד של פוטו -גלאי מפולת (APD Photodectore) מוצגים, מנותח תהליך האבולוציה של מבנה המכשיר, מצב המחקר הנוכחי מסכם, והפיתוח העתידי של APD נלמד באופן פרוספקטיבי.
1. מבוא
גלאי פוטו הוא מכשיר שממיר אותות אור לאותות חשמליים. בגלאי פוטו -מוליכים למחצה, המנשא שנוצר על ידי הצילום הנרגש מהפוטון האירוע נכנס למעגל החיצוני תחת מתח ההטיה המופעל ויוצר זרם מדידה. אפילו בהיענות המרבית, פוטודיוד סיכה יכול לייצר רק זוג זוגות חור אלקטרונים לכל היותר, שהוא מכשיר ללא רווח פנימי. לצורך היענות רבה יותר, ניתן להשתמש בפוטודיוד מפולת של APD (APD). השפעת ההגברה של APD על זרם הצילום מבוססת על אפקט התנגשות היינון. בתנאים מסוימים, האלקטרונים והחורים המואצים יכולים להשיג מספיק אנרגיה כדי להתנגש בסריג כדי לייצר זוג זוגות חדשים של חור אלקטרונים. תהליך זה הוא תגובת שרשרת, כך שזוג הזוגות של חור האלקטרונים שנוצר על ידי ספיגת אור יכול לייצר מספר גדול של זוגות חור אלקטרונים וליצור זרם משני גדול. לכן, ל- APD יש היענות גבוהה ורווח פנימי, מה שמשפר את יחס האות לרעש של המכשיר. APD ישמש בעיקר במערכות תקשורת סיבים אופטיים למרחקים ארוכים או קטנים יותר עם מגבלות אחרות על הכוח האופטי שהתקבל. נכון לעכשיו, מומחים רבים במכשירים אופטיים הם מאוד אופטימיים לגבי סיכויי ה- APD, ומאמינים כי מחקר של APD נחוץ כדי לשפר את התחרותיות הבינלאומית של תחומים קשורים.
2. פיתוח טכני שלגלאי פוטו של Avalanche(APD Photodectore)
2.1 חומרים
(1)Si Photodectore
טכנולוגיית SI חומרי SI היא טכנולוגיה בוגרת הנמצאת בשימוש נרחב בתחום המיקרו -אלקטרוניקה, אך היא אינה מתאימה להכנת מכשירים בטווח אורך הגל של 1.31 מ"מ ו- 1.55 מ"מ המקובלים בדרך כלל בתחום התקשורת האופטית.
(2) GE
למרות שהתגובה הספקטרלית של GE APD מתאימה לדרישות של אובדן נמוך ופיזור נמוך בהעברת סיבים אופטיים, ישנם קשיים גדולים בתהליך ההכנה. בנוסף, יחס קצב היינון האלקטרוני של GE וקצב יינון חור קרוב ל () 1, כך שקשה להכין מכשירי APD בעלי ביצועים גבוהים.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
זוהי שיטה יעילה לבחירת IN0.53GA0.47A כשכבת ספיגת האור של APD ו- INP כשכבת המכפיל. שיא הקליטה של חומר IN0.53GA0.47AS הוא 1.65 מ"מ, 1.31 מ"מ, אורך גל 1.55 מ"מ הוא כ -104 ס"מ מקדם ספיגה גבוה, שהוא החומר המועדף על שכבת הספיגה של גלאי האור כיום.
(4)גלאי פוטו של אינגאס/בגלאי פוטו
על ידי בחירת IngaAsp כשכבה סופגת אור ו- INP כשכבת המכפיל, APD עם אורך גל תגובה של 1-1.4 מ"מ, יעילות קוונטית גבוהה, זרם כהה נמוך ורווח מפולת גבוהה. על ידי בחירת רכיבי סגסוגת שונים מושגת הביצועים הטובים ביותר לאורכי גל ספציפיים.
(5) אינגאס/אינאלאס
לחומר 0.52AL0.48AS יש פער פס (1.47EV) ואינו סופג בטווח אורך הגל של 1.55 מ"מ. ישנן עדויות לכך ש- IN0.52AL0.48 שכבה אפיטקסיאלית יכולה להשיג מאפייני רווח טובים יותר מ- INP כשכבה מכפיל בתנאי הזרקת אלקטרונים טהורה.
(6) Ingaas/Ingaas (p)/inalas ו- ingaas/in (al) gaas/inalas
שיעור היינון של החומרים הוא גורם חשוב המשפיע על ביצועי ה- APD. התוצאות מראות כי ניתן לשפר את קצב היינון ההתנגשות של שכבת המכפיל על ידי הצגת IngaAs (p) /inalas ובמבני Superlattice GAAS /Inalas. על ידי שימוש במבנה העל, הנדסת הלהקה יכולה לשלוט באופן מלאכותי על אי -הרציפות של קצה הלהקה האסימטרית בין רצועת ההולכה לערכי פס הערכיות, ולהבטיח כי אי -רציפות פס ההולכה גדולה בהרבה מהאי -רציפות של פס הערכיות (ΔEC >> ΔEV). בהשוואה לחומרים בתפזורת של IngaAs, INGAAS/inalas Quantum Bell Bellization Beinization (A) מוגבר באופן משמעותי, והאלקטרונים והחורים משיגים אנרגיה נוספת. בגלל ΔEC >> ΔEV, ניתן לצפות כי האנרגיה שהושגה על ידי אלקטרונים מגדילה את קצב יינון האלקטרונים הרבה יותר מאשר תרומת אנרגיית החור לקצב יינון חור (B). היחס (k) של קצב יינון האלקטרונים לקצב יינון החור עולה. לפיכך, ניתן להשיג מוצר רוחב פס רווח גבוה (GBW) וביצועי רעש נמוכים על ידי יישום מבני Superlattice. עם זאת, קשה לחלות על מקלטים אופטיים של INGAAS/INALAS Quantum Bell מבנה APD, שיכול להגדיל את ערך ה- K, על מקלטים אופטיים. הסיבה לכך היא שגורם המכפיל המשפיע על ההיענות המרבית מוגבלת על ידי הזרם האפל, ולא על רעש המכפיל. במבנה זה, הזרם האפל נגרם בעיקר כתוצאה מאפקט המנהור של שכבת הבאר של אינגאס עם פער פס צר, ולכן הצגת סגסוגת רבעון פער רחבה, כמו אינגאס או אינלגאס, במקום אינגאאס כשכבה של מבנה הקוונטי יכולה לדכא את הזרם האפל.
זמן הודעה: נובמבר 13-2023