Аннотация: Кар ишелмәсе фотодетекторының төп төзелеше һәм эш принцибы (APD фотодетекторы) кертелә, җайланма структурасының эволюция процессы анализлана, хәзерге тикшеренүләр торышы гомумиләштерелә һәм APDның киләчәк үсеше перспектив рәвештә өйрәнелә.
1. Кереш сүз
Фотодетектор - яктылык сигналларын электр сигналларына әйләндерә торган җайланма.ярымүткәргеч фотодетектор, төшкән фотон белән кузгатылган фотогенерацияләнгән йөртүче тышкы схемага кулланылган көчәнеш астында керә һәм үлчәнә торган фототок барлыкка китерә. Хәтта максималь җавап бирүчәнлектә дә, PIN фотодиоды электрон-тишек парлары парын гына җитештерә ала, бу эчке көчәйтүсез җайланма. Зуррак җавап бирү өчен, кар ишелү фотодиоды (APD) кулланылырга мөмкин. APDның фототокка көчәйтү эффекты ионлашу бәрелеш эффектына нигезләнгән. Кайбер шартларда тизләнгән электроннар һәм тишекләр яңа электрон-тишек парлары парын барлыкка китерү өчен челтәр белән бәрелешергә җитәрлек энергия ала ала. Бу процесс чылбыр реакциясе булып тора, шуңа күрә яктылык сеңдерү нәтиҗәсендә барлыкка килгән электрон-тишек парлары күп санлы электрон-тишек парлары җитештерә һәм зур икенчел фототок барлыкка китерә ала. Шуңа күрә APD югары җавап бирүчәнлеккә һәм эчке көчәйтүгә ия, бу җайланманың сигнал-шау нисбәтен яхшырта. APD, нигездә, кабул ителгән оптик көчкә башка чикләүләр белән ерак арадагы яки кечерәк оптик җепсел элемтә системаларында кулланылачак. Хәзерге вакытта күп кенә оптик җайланмалар белгечләре APD перспективаларына бик оптимистик караш белән карыйлар һәм APD тикшеренүләре бәйле өлкәләрнең халыкара көндәшлеккә сәләтлелеген арттыру өчен кирәк дип саныйлар.
2. Техник үсешкар ишелүе фотодетекторы(APD фотодетекторы)
2.1 Материаллар
(1)Si фотодетекторы
Si материал технологиясе - микроэлектроника өлкәсендә киң кулланыла торган өлгергән технология, ләкин ул оптик элемтә өлкәсендә гомумән кабул ителгән 1,31 мм һәм 1,55 мм дулкын озынлыгы диапазонындагы җайланмалар әзерләү өчен яраклы түгел.
(2)Ге
Ge APD спектраль җавабы оптик җепсел тапшыруда түбән югалтулар һәм түбән дисперсия таләпләренә туры килсә дә, әзерләү процессында зур кыенлыклар бар. Моннан тыш, Ge электрон һәм тишек ионлашу тизлеге нисбәте () 1 гә якын, шуңа күрә югары җитештерүчән APD җайланмаларын әзерләү авыр.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APDның яктылыкны сеңдерү катламы буларак In0.53Ga0.47As һәм мультипликатор катламы буларак InP сайлау нәтиҗәле ысул булып тора. In0.53Ga0.47As материалының сеңдерү пигы 1.65 мм, 1.31 мм, 1.55 мм дулкын озынлыгы якынча 104 см-1 югары сеңдерү коэффициентына ия, бу хәзерге вакытта яктылык детекторының сеңдерү катламы өчен өстенлекле материал.
(4)InGaAs фотодетекторы/Эчендәфотодетектор
Яктылыкны йотучы катлам итеп InGaAsP һәм мультипликатор катлам итеп InP сайлап, 1-1,4 мм җавап дулкын озынлыгына, югары квант нәтиҗәлелегенә, түбән караңгы токка һәм югары кар ишелмәсе көчәйтүенә ия APD әзерләнергә мөмкин. Төрле эретмә компонентларын сайлап, билгеле бер дулкын озынлыклары өчен иң яхшы күрсәткечләргә ирешелә.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As материалының зона аралыгы (1.47 эВ) бар һәм ул 1.55 мм дулкын озынлыгы диапазонында сеңдерми. Саф электрон инъекциясе шартларында нечкә In0.52Al0.48As эпитаксиаль катламы мультипликатор катламы буларак InPга караганда яхшырак көчәйтү характеристикаларына ия була алуы турында дәлилләр бар.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs һәм InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Материалларның бәрелеш ионлашу тизлеге APD эшчәнлегенә тәэсир итүче мөһим фактор булып тора. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, күпләгеч катламның бәрелеш ионлашу тизлеген InGaAs (P) /InAlAs һәм In (Al) GaAs/InAlAs суперрәшәткә структураларын кертү юлы белән яхшыртырга мөмкин. Суперрәшәткә структурасын кулланып, зона инженериясе үткәрү зонасы һәм валентлык зонасы кыйммәтләре арасындагы асимметрик зона кыры өзеклеген ясалма рәвештә контрольдә тота ала һәм үткәрү зонасы өзеклеге валентлык зонасы өзеклегеннән күпкә зуррак булуын тәэмин итә ала (ΔEc>>ΔEv). InGaAs күпләп кулланыла торган материаллар белән чагыштырганда, InGaAs/InAlAs квант коесы электрон ионлашу тизлеге (a) сизелерлек арта, һәм электроннар һәм тишекләр өстәмә энергия ала. ΔEc>>ΔEv аркасында, электроннар алган энергия электрон ионлашу тизлеген тишек энергиясенең тишек ионлашу тизлегенә (b) өлешеннән күпкә күбрәк арттыра дип көтәргә мөмкин. Электрон ионлашу тизлегенең тишек ионлашу тизлегенә нисбәте (k) арта. Шуңа күрә, югары көчәйтү-полоса киңлеге продукты (GBW) һәм түбән шау-шу күрсәткечләренә суперрәшәткә структураларын куллану юлы белән ирешеп була. Ләкин, k кыйммәтен арттыра ала торган бу InGaAs/InAlAs квант кое структурасы APD оптик кабул итүчеләргә куллануы кыен. Чөнки максималь җавап бирүчәнлеккә тәэсир итүче мультипликатор факторы мультипликатор шау-шу белән түгел, ә караңгы ток белән чикләнә. Бу структурада караңгы ток, нигездә, тар зона аралыгы булган InGaAs кое катламының туннель эффекты аркасында барлыкка килә, шуңа күрә квант кое структурасының кое катламы буларак InGaAs урынына киң зона аралыгы булган дүртенчел эретмә, мәсәлән, InGaAsP яки InAlGaAs кертү караңгы токны бастырырга мөмкин.
Бастырып чыгару вакыты: 2023 елның 13 ноябре