Хураангуй: Нуранги фото илрүүлэгчийн үндсэн бүтэц, ажиллах зарчим (APD фото илрүүлэгч) танилцуулж, төхөөрөмжийн бүтцийн хувьслын үйл явцад дүн шинжилгээ хийж, судалгааны өнөөгийн байдлыг нэгтгэн дүгнэж, APD-ийн ирээдүйн хөгжлийг хэтийн төлөвтэй судалж байна.
1. Танилцуулга
Фотодетектор нь гэрлийн дохиог цахилгаан дохио болгон хувиргадаг төхөөрөмж юм.Доторхагас дамжуулагч фотодетектор, ослын фотоноор өдөөгдсөн фото үүсгэсэн зөөгч нь хэрэглээний хэвийсэн хүчдэлийн дор гадаад хэлхээнд орж, хэмжигдэхүйц фото гүйдлийг үүсгэдэг.Хамгийн их хариу үйлдэл үзүүлсэн ч PIN фотодиод нь зөвхөн хамгийн ихдээ электрон нүхний хос хос үүсгэж чаддаг бөгөөд энэ нь дотоод ашиггүй төхөөрөмж юм.Илүү их хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд нуранги фотодиод (APD) ашиглаж болно.Фото гүйдэл дээрх APD-ийн олшруулах нөлөө нь иончлолын мөргөлдөөний эффект дээр суурилдаг.Тодорхой нөхцөлд хурдасгасан электронууд болон нүхнүүд нь тортой мөргөлдөж, шинэ хос электрон цооног үүсгэх хангалттай энергийг олж авч чадна.Энэ процесс нь гинжин урвал бөгөөд гэрлийн шингээлтээс үүссэн хос электрон нүхний хос нь олон тооны электрон нүхний хос үүсгэж, хоёрдогч том фото гүйдэл үүсгэдэг.Тиймээс APD нь өндөр мэдрэмжтэй, дотоод ашиг тустай бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийн дохио ба дуу чимээний харьцааг сайжруулдаг.APD-ийг голчлон холын зайн буюу бага хэмжээний шилэн кабелийн холбооны системд ашиглах бөгөөд хүлээн авсан оптик хүчин чадлын бусад хязгаарлалттай.Одоогийн байдлаар олон оптик төхөөрөмжийн мэргэжилтнүүд APD-ийн хэтийн төлөвийг өөдрөгөөр харж байгаа бөгөөд холбогдох салбаруудын олон улсын өрсөлдөх чадварыг нэмэгдүүлэхийн тулд APD-ийн судалгаа шаардлагатай гэж үзэж байна.
2. Техникийн хөгжилнуранги фото илрүүлэгч(APD фото илрүүлэгч)
2.1 Материал
(1)Фото илрүүлэгч
Si материалын технологи нь микроэлектроникийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг боловсронгуй технологи боловч оптик холбооны салбарт нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн 1.31мм ба 1.55мм долгионы урттай төхөөрөмжүүдийг бэлтгэхэд тохиромжгүй.
(2) Ге
Ge APD-ийн спектрийн хариу урвал нь шилэн кабелийн дамжуулалтанд бага алдагдалтай, бага тархалттай байх шаардлагад тохирсон боловч бэлтгэлийн явцад ихээхэн бэрхшээл тулгардаг.Түүнчлэн Ge-ийн электрон болон нүхний иончлолын хурдны харьцаа () 1-тэй ойролцоо байдаг тул өндөр хүчин чадалтай APD төхөөрөмжийг бэлтгэхэд хүндрэлтэй байдаг.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Энэ нь APD-ийн гэрэл шингээх давхарга болгон In0.53Ga0.47As, үржүүлэгч давхарга болгон InP сонгох үр дүнтэй арга юм.In0.53Ga0.47As материалын шингээлтийн оргил нь 1.65мм, 1.31мм, 1.55мм долгионы урт нь 104см-1 орчим өндөр шингээлтийн коэффициент бөгөөд энэ нь одоогоор гэрлийн детекторын шингээлтийн давхаргад илүүд үздэг материал юм.
(4)InGaAs фото илрүүлэгч/Inфото илрүүлэгч
Гэрэл шингээх давхаргаар InGaAsP, үржүүлэгч давхаргаар InP-ийг сонгосноор 1-1.4мм-ийн хариу долгионы урттай, квантын өндөр үр ашигтай, харанхуй гүйдэл багатай, нуранги ихсэх чадвартай APD бэлтгэх боломжтой.Өөр өөр хайлшийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сонгосноор тодорхой долгионы уртад хамгийн сайн гүйцэтгэлд хүрдэг.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As материал нь зурвасын завсар (1.47eV) бөгөөд 1.55мм долгионы уртад шингэдэггүй.Нимгэн In0.52Al0.48As эпитаксиаль давхарга нь цэвэр электрон тарилгын нөхцөлд үржүүлэгч давхарга болох InP-ээс илүү сайн ашгийн шинж чанарыг олж авах боломжтой гэсэн нотолгоо байдаг.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ба InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Материалын нөлөөллийн иончлолын хурд нь APD-ийн гүйцэтгэлд нөлөөлдөг чухал хүчин зүйл юм.Үр дүн нь InGaAs (P) /InAlAs ба In (Al) GaAs/InAlAs superlattice бүтцийг нэвтрүүлэх замаар үржүүлэгч давхаргын мөргөлдөөний иончлолын хурдыг сайжруулж болохыг харуулж байна.Superlattice бүтцийг ашигласнаар зурвасын инженерчлэл нь дамжуулалтын зурвас ба валентын зурвасын утгуудын хоорондох тэгш хэмт бус зурвасын ирмэгийн тасалдлыг зохиомлоор удирдаж, дамжуулалтын зурвасын тасалдал нь валентын зурвасын тасалдлаас (ΔEc>>ΔEv) хамаагүй их байхыг баталгаажуулж чадна.InGaAs задгай материалтай харьцуулахад InGaAs/InAlAs квант худгийн электрон иончлолын хурд (a) мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, электрон болон нүхнүүд нэмэлт энерги авдаг.ΔEc>>ΔEv-ийн улмаас электронуудын олж авсан энерги нь нүхний энергийн нүхний иончлолын хурд (b)-д оруулах хувь нэмрээс хамаагүй илүү электрон иончлолын хурдыг нэмэгдүүлдэг гэж таамаглаж болно.Электрон иончлолын хурд ба нүхний иончлолын хурдны харьцаа (k) нэмэгдэнэ.Иймээс superlattics бүтцийг хэрэглэснээр өндөр ашиг дамжуулах зурвасын бүтээгдэхүүн (GBW) ба дуу чимээ багатай гүйцэтгэлийг олж авах боломжтой.Гэсэн хэдий ч k утгыг нэмэгдүүлэх боломжтой энэхүү InGaAs/InAlAs квант худгийн бүтэц APD нь оптик хүлээн авагчдад хэрэглэхэд хэцүү байдаг.Учир нь хамгийн их хариу үйлдэл үзүүлэхэд нөлөөлдөг үржүүлэгч хүчин зүйл нь үржүүлэгчийн дуу чимээ биш харин харанхуй урсгалаар хязгаарлагддаг.Энэ бүтцэд харанхуй гүйдэл нь голчлон нарийн зурвас бүхий InGaAs худгийн давхаргын туннелийн нөлөөнөөс үүсдэг тул худгийн давхарга болгон InGaAs-ийн оронд InGaAsP эсвэл InAlGaAs зэрэг өргөн зурвасын завсарт дөрөвдөгч хайлшийг нэвтрүүлсэн. квант худгийн бүтэц нь харанхуй урсгалыг дарж чаддаг.
Шуудангийн цаг: 2023-11-13