Abstract: Ang sukaranang istruktura ug prinsipyo sa pagtrabaho sa avalanche photodetector (Detektor sa litrato sa APD) gipaila, ang proseso sa ebolusyon sa istruktura sa aparato gisusi, ang kasamtangang kahimtang sa panukiduki gisumada, ug ang umaabot nga pag-uswag sa APD gitun-an sa umaabot.
1. Pasiuna
Ang photodetector usa ka aparato nga nag-convert sa mga signal sa kahayag ngadto sa mga signal sa kuryente. Sa usa kasemiconductor photodetector, ang photo-generated carrier nga gi-excite sa incident photon mosulod sa external circuit ubos sa gigamit nga bias voltage ug moporma og masukod nga photocurrent. Bisan sa pinakataas nga responsiveness, ang PIN photodiode makahimo lang og usa ka pares sa electron-hole pairs, nga usa ka device nga walay internal gain. Para sa mas taas nga responsiveness, magamit ang avalanche photodiode (APD). Ang amplification effect sa APD sa photocurrent gibase sa ionization collision effect. Ubos sa pipila ka mga kondisyon, ang gipadali nga mga electron ug holes makakuha og igong enerhiya aron mabangga sa lattice aron makahimo og bag-ong pares sa electron-hole pairs. Kini nga proseso usa ka chain reaction, aron ang pares sa electron-hole pairs nga namugna sa light absorption makahimo og daghang gidaghanon sa electron-hole pairs ug moporma og dako nga secondary photocurrent. Busa, ang APD adunay taas nga responsiveness ug internal gain, nga makapauswag sa signal-to-noise ratio sa device. Ang APD kasagarang gamiton sa long-distance o mas gagmay nga optical fiber communication systems nga adunay ubang mga limitasyon sa nadawat nga optical power. Sa pagkakaron, daghang mga eksperto sa optical device ang malaumon kaayo bahin sa mga palaaboton sa APD, ug nagtuo nga ang panukiduki sa APD gikinahanglan aron mapalambo ang internasyonal nga kompetisyon sa mga may kalabutan nga natad.
2. Teknikal nga pag-uswag saphotodetector sa avalanche(APD photodetector)
2.1 Mga Materyales
(1)Si photodetector
Ang teknolohiya sa materyal nga Si usa ka hamtong nga teknolohiya nga kaylap nga gigamit sa natad sa microelectronics, apan dili kini angay alang sa pag-andam sa mga aparato sa wavelength range nga 1.31mm ug 1.55mm nga kasagarang gidawat sa natad sa optical communication.
(2)Ge
Bisan tuod ang spectral response sa Ge APD angay alang sa mga kinahanglanon sa ubos nga loss ug ubos nga dispersion sa optical fiber transmission, adunay dakong kalisud sa proseso sa pagpangandam. Dugang pa, ang electron ug hole ionization rate ratio sa Ge duol sa () 1, busa lisod ang pag-andam sa mga high-performance APD device.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Usa ka epektibo nga pamaagi ang pagpili sa In0.53Ga0.47As isip light absorption layer sa APD ug InP isip multiplier layer. Ang absorption peak sa materyal nga In0.53Ga0.47As kay 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm nga wavelength kay mga 104cm-1 nga taas nga absorption coefficient, nga mao ang gipalabi nga materyal alang sa absorption layer sa light detector sa pagkakaron.
(4)Detektor sa litrato sa InGaAs/Sa sulodphotodetector
Pinaagi sa pagpili sa InGaAsP isip light absorbing layer ug InP isip multiplier layer, ang APD nga adunay response wavelength nga 1-1.4mm, taas nga quantum efficiency, ubos nga dark current ug taas nga avalanche gain mahimong maandam. Pinaagi sa pagpili sa lain-laing mga sangkap sa alloy, makab-ot ang labing maayo nga performance alang sa piho nga mga wavelength.
(5)InGaAs/InAlAs
Ang materyal nga In0.52Al0.48As adunay band gap (1.47eV) ug dili mosuhop sa wavelength range nga 1.55mm. Adunay ebidensya nga ang nipis nga In0.52Al0.48As epitaxial layer makakuha og mas maayong gain characteristics kay sa InP isip multiplicator layer ubos sa kondisyon sa puro nga electron injection.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ug InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Ang impact ionization rate sa mga materyales usa ka importante nga butang nga makaapekto sa performance sa APD. Ang mga resulta nagpakita nga ang collision ionization rate sa multiplier layer mapauswag pinaagi sa pagpaila sa InGaAs (P) /InAlAs ug In (Al) GaAs/InAlAs superlattice structures. Pinaagi sa paggamit sa superlattice structure, ang band engineering makahimo sa artipisyal nga pagkontrol sa asymmetric band edge discontinuity tali sa conduction band ug sa valence band values, ug masiguro nga ang conduction band discontinuity mas dako kay sa valence band discontinuity (ΔEc>>ΔEv). Kung itandi sa InGaAs bulk materials, ang InGaAs/InAlAs quantum well electron ionization rate (a) mas taas, ug ang mga electron ug holes makakuha og dugang nga enerhiya. Tungod sa ΔEc>>ΔEv, gilauman nga ang enerhiya nga makuha sa mga electron mopataas sa electron ionization rate labaw pa sa kontribusyon sa hole energy ngadto sa hole ionization rate (b). Ang ratio (k) sa electron ionization rate ngadto sa hole ionization rate motaas. Busa, ang taas nga gain-bandwidth product (GBW) ug ubos nga noise performance makuha pinaagi sa pag-apply sa superlattice structures. Apan, kining InGaAs/InAlAs quantum well structure APD, nga makadugang sa k value, lisod i-apply sa optical receivers. Kini tungod kay ang multiplier factor nga makaapekto sa maximum responsiveness limitado sa dark current, dili sa multiplier noise. Niini nga structure, ang dark current kasagaran gipahinabo sa tunneling effect sa InGaAs well layer nga adunay pig-ot nga band gap, busa ang pagpaila sa wide-band gap quaternary alloy, sama sa InGaAsP o InAlGaAs, imbes nga InGaAs isip well layer sa quantum well structure makapugong sa dark current.
Oras sa pag-post: Nob-13-2023