Rezime: Estrikti debaz ak prensip fonksyònman yon fotodetektè avalanch (Fotodetektè APD) yo prezante, yo analize pwosesis evolisyon estrikti aparèy la, yo rezime sitiyasyon rechèch aktyèl la, epi yo etidye devlopman APD nan lavni an yon fason prospektiv.
1. Entwodiksyon
Yon fotodetektè se yon aparèy ki konvèti siyal limyè an siyal elektrik. Nan yonfotodetektè semi-kondiktè, transpòtè foto-pwodui a ki eksite pa foton ensidan an antre nan sikwi ekstèn lan anba vòltaj polarizasyon aplike a epi li fòme yon fotokouran mezirab. Menm nan repons maksimòm lan, yon fotodyòd PIN ka sèlman pwodui yon pè pè elektwon-twou nan maksimòm, ki se yon aparèy san gen plis entèn. Pou pi gwo repons, yo ka itilize yon fotodyòd avalanch (APD). Efè anplifikasyon APD sou fotokouran an baze sou efè kolizyon iyonizasyon an. Anba sèten kondisyon, elektwon ak twou akselere yo ka jwenn ase enèji pou kolizyone ak rezo a pou pwodui yon nouvo pè pè elektwon-twou. Pwosesis sa a se yon reyaksyon an chèn, kidonk pè pè elektwon-twou ki pwodui pa absòpsyon limyè a ka pwodui yon gwo kantite pè elektwon-twou epi fòme yon gwo fotokouran segondè. Se poutèt sa, APD gen yon repons ak yon gen plis entèn, ki amelyore rapò siyal-bri aparèy la. APD pral sitou itilize nan sistèm kominikasyon fib optik long distans oswa pi piti ak lòt limitasyon sou pouvwa optik resevwa a. Kounye a, anpil ekspè nan aparèy optik yo trè optimis sou pèspektiv APD a, epi yo kwè ke rechèch APD a nesesè pou amelyore compétitivité entènasyonal nan domèn ki gen rapò.
2. Devlopman teknik nanfotodetektè avalanch(Fotodetektè APD)
2.1 Materyèl
(1)Si fotodetektè
Teknoloji materyèl Si a se yon teknoloji ki gen matirite epi ki lajman itilize nan domèn mikwoelektwonik la, men li pa apwopriye pou prepare aparèy nan seri longèdonn 1.31mm ak 1.55mm ki jeneralman aksepte nan domèn kominikasyon optik.
(2)J
Malgre repons espektral Ge APD a apwopriye pou egzijans pèt ki ba ak dispèsyon ki ba nan transmisyon fib optik, gen gwo difikilte nan pwosesis preparasyon an. Anplis de sa, rapò to iyonizasyon elektwon ak twou Ge a pre () 1, kidonk li difisil pou prepare aparèy APD ki gen gwo pèfòmans.
(3) Nan 0.53Ga 0.47As/InP
Li se yon metòd efikas pou chwazi In0.53Ga0.47As kòm kouch absòpsyon limyè APD a ak InP kòm kouch miltiplikatè a. Pik absòpsyon materyèl In0.53Ga0.47As la se 1.65mm, 1.31mm, longèdonn 1.55mm se anviwon 104cm-1 koyefisyan absòpsyon ki wo, ki se materyèl ki pi pito pou kouch absòpsyon detektè limyè kounye a.
(4)Fotodetektè InGaAs/Nanfotodetektè
Lè yo chwazi InGaAsP kòm kouch absòpsyon limyè a ak InP kòm kouch miltiplikatè a, yo ka prepare yon APD ak yon longèdonn repons 1-1.4mm, yon efikasite kwantik segondè, yon kouran fènwa ki ba ak yon gwo pwofi avalanch. Lè yo chwazi diferan konpozan alyaj, yo reyalize pi bon pèfòmans pou longèdonn espesifik.
(5)InGaAs/InAlAs
Materyèl In0.52Al0.48As la gen yon espas bann (1.47eV) epi li pa absòbe nan yon seri longèdonn 1.55mm. Gen prèv ki montre yon kouch epitaksyèl mens In0.52Al0.48As ka jwenn pi bon karakteristik gen pase InP kòm yon kouch miltiplikatè anba kondisyon enjeksyon elektwon pi.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ak InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
To iyonizasyon enpak materyèl yo se yon faktè enpòtan ki afekte pèfòmans APD. Rezilta yo montre ke to iyonizasyon kolizyon kouch miltiplikatè a ka amelyore lè yo entwodui estrikti superrezo InGaAs (P) /InAlAs ak In (Al) GaAs/InAlAs. Lè l sèvi avèk estrikti superrezo a, jeni bann lan ka kontwole atifisyèlman diskontinuite kwen bann asimetrik ant valè bann kondiksyon an ak bann valans lan, epi asire ke diskontinuite bann kondiksyon an pi gwo pase diskontinuite bann valans lan (ΔEc>>ΔEv). Konpare ak materyèl an gwo InGaAs yo, to iyonizasyon elektwon pwi kwantik InGaAs/InAlAs (a) ogmante anpil, epi elektwon ak twou yo vin gen plis enèji. Akòz ΔEc>>ΔEv, nou ka espere ke enèji elektwon yo vin genyen an ogmante to iyonizasyon elektwon an pi plis pase kontribisyon enèji twou a nan to iyonizasyon twou a (b). Rapò (k) ant to iyonizasyon elektwon ak to iyonizasyon twou a ogmante. Se poutèt sa, yo ka jwenn yon pwodwi ki gen gwo pwofi-bandwidth (GBW) ak yon pèfòmans ki ba nan bri lè yo aplike estrikti superrezo. Sepandan, APD estrikti pwi kwantik InGaAs/InAlAs sa a, ki ka ogmante valè k la, difisil pou aplike nan reseptè optik yo. Sa a se paske faktè miltiplikatè ki afekte repons maksimòm lan limite pa kouran fènwa a, pa bri miltiplikatè a. Nan estrikti sa a, kouran fènwa a sitou koze pa efè tinèl kouch pwi InGaAs la ak yon espas bann etwat, kidonk entwodiksyon yon alyaj kwatènè ak yon espas bann laj, tankou InGaAsP oswa InAlGaAs, olye de InGaAs kòm kouch pwi nan estrikti pwi kwantik la ka siprime kouran fènwa a.
Dat piblikasyon: 13 novanm 2023