Gysgaça mazmuny: Gar uçguny fotodetektorynyň esasy gurluşy we iş prinsipi (APD fotodetektory) tanyşdyrylýar, enjam gurluşynyň ewolýusiýa prosesi seljerilýär, häzirki ylmy-barlag işleriniň ýagdaýy jemlenýär we APD-niň geljekki ösüşi prospektiw taýdan öwrenilýär.
1. Giriş
Fotodetektor ýagtylyk signallaryny elektrik signallaryna öwürýän enjamdyr.ýarymgeçirijili fotodetektor, düşen foton tarapyndan gyjyndyrylan foto döreden daşaýjy, ulanylan gyşarnyk naprýaženiýesi astynda daşarky zynjyra girýär we ölçäp bolýan fototok emele getirýär. Maksimum jogap berijilikde hem PIN fotodiod iň köp elektron-deşik jübütleriniň jübütini öndürip bilýär, bu bolsa içki güýçlendirijisi bolmadyk enjamdyr. Has ýokary jogap berijilik üçin uçgun fotodiody (APD) ulanylyp bilner. APD-niň fototoka güýçlendirme täsiri ionlaşma çaknyşma täsirine esaslanýar. Käbir şertlerde, tizleşdirilen elektronlar we deşikler täze elektron-deşik jübütlerini öndürmek üçin tor bilen çaknyşmak üçin ýeterlik energiýa alyp bilýärler. Bu proses zynjyr reaksiýasydyr, şonuň üçin ýagtylygyň siňdirilmegi bilen döredilen elektron-deşik jübütleriniň jübütleri köp sanly elektron-deşik jübütlerini öndürip, uly ikinji derejeli fototok emele getirip bilýär. Şonuň üçin APD ýokary jogap berijilige we içki güýçlendirijä eýedir, bu bolsa enjamyň signal-şowhun gatnaşygyny gowulandyrýar. APD esasan uzak aralykly ýa-da kiçi optik süýümli aragatnaşyk ulgamlarynda kabul edilýän optiki güýje başga çäklendirmeler bilen ulanylar. Häzirki wagtda optiki enjamlaryň köp hünärmenleri APD-niň geljegine örän optimistik garaýarlar we APD-niň ylmy-barlag işleriniň degişli ugurlaryň halkara bäsdeşligini ýokarlandyrmak üçin zerurdygyna ynanýarlar.
2. Tehniki ösüşgar uçguny fotodetektory(APD fotodetektory)
2.1 Materiallar
(1)Si fotodetektory
Si material tehnologiýasy mikroelektronika ulgamynda giňden ulanylýan ösen tehnologiýadyr, ýöne ol optiki aragatnaşyk ulgamynda umumy kabul edilen 1,31 mm we 1,55 mm tolkun uzynlygy diapazonyndaky enjamlary taýýarlamak üçin amatly däl.
(2)Ge
Ge APD-niň spektral jogaby optiki süýümli geçirijilikde pes ýitgi we pes dispersiýa talaplaryna laýyk gelse-de, taýýarlamak prosesinde uly kynçylyklar bar. Mundan başga-da, Ge-niň elektron we deşik ionlaşma tizliginiň gatnaşygy () 1-e golaý, şonuň üçin ýokary öndürijilikli APD enjamlaryny taýýarlamak kyn.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD-niň ýagtylyk siňdiriş gatlagy hökmünde In0.53Ga0.47As we köpeldiji gatlak hökmünde InP-ni saýlamak netijeli usuldyr. In0.53Ga0.47As materialynyň siňdiriş piki 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm tolkun uzynlygy takmynan 104sm-1 ýokary siňdiriş koeffisiýentine deňdir, bu bolsa häzirki wagtda ýagtylyk detektorynyň siňdiriş gatlagy üçin iň gowy materialdyr.
(4)InGaAs fotodetektory/Içindefotodetektor
InGaAsP-ni ýagtylygy siňdirýän gatlak hökmünde we InP-ni köpeldiji gatlak hökmünde saýlamak arkaly, 1-1,4 mm jogap tolkun uzynlygyna, ýokary kwantum netijeliligine, pes garaňky tok we ýokary uçgun gazanç güýjine eýe bolan APD taýýarlanyp bilner. Dürli legirlenmiş bölekleri saýlamak arkaly belli bir tolkun uzynlyklary üçin iň gowy netije gazanylýar.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As materialynyň zolak aralygy (1.47eV) bar we 1.55 mm tolkun uzynlygy aralygynda siňdirilmeýär. Inçe In0.52Al0.48As epitaksial gatlagynyň arassa elektron inýeksiýasy şertinde köpeldiji gatlak hökmünde InP-den has gowy güýçlendirme häsiýetlerini alyp biljekdigine subutnamalar bar.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs we InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Materiallaryň täsir ionlaşma tizligi APD-niň işine täsir edýän möhüm faktordyr. Netijeler, köpeldiji gatlagyň çaknyşyk ionlaşma tizliginiň InGaAs (P) /InAlAs we In (Al) GaAs/InAlAs supertor gurluşlaryny girizmek arkaly ýokarlandyrylyp bilinjekdigini görkezýär. Supertor gurluşyny ulanmak arkaly zolak inženerçiligi geçirijilik zolagy bilen walentlik zolagynyň gymmatlyklarynyň arasyndaky assimetrik zolak gyrasynyň üzülmegini emeli usulda dolandyryp we geçirijilik zolagynyň üzülmeginiň walentlik zolagynyň üzülmeginden (ΔEc>>ΔEv) has uly bolmagyny üpjün edip biler. InGaAs köpçülikleýin materiallary bilen deňeşdirilende, InGaAs/InAlAs kwant guýusynyň elektron ionlaşma tizligi (a) ep-esli ýokarlanýar we elektronlar we deşikler goşmaça energiýa alýarlar. ΔEc>>ΔEv sebäpli, elektronlaryň alýan energiýasynyň elektron ionlaşma tizligini deşik energiýasynyň deşik ionlaşma tizligine goşýan goşandyndan (b) has köp artdyrmagyna garaşylýar. Elektron ionlaşma tizliginiň deşik ionlaşma tizligine gatnaşygy (k) ýokarlanýar. Şonuň üçin, ýokary güýçlendirme geçirijilik önümi (GBW) we pes şowhun görkezijileri supertor gurluşlaryny ulanmak arkaly alnyp bilner. Şeýle-de bolsa, k gymmatyny artdyryp bilýän bu InGaAs/InAlAs kwantum guýu gurluşy APD-ni optiki kabul edijilere ulanmak kyn. Sebäbi iň ýokary jogap berişlige täsir edýän köpeltme faktory köpeltme şowhuny bilen däl-de, garaňky tok bilen çäklendirilýär. Bu gurluşda garaňky tok, esasan, dar zolak aralygy bolan InGaAs guýu gatlagynyň tunnel täsiri sebäpli ýüze çykýar, şonuň üçin kwantum guýu gurluşynyň guýu gatlagy hökmünde InGaAs-yň ýerine InGaAsP ýa-da InAlGaAs ýaly giň zolak aralygy bolan dörtlük garyndysynyň girizilmegi garaňky tokuny basyp ýatyryp biler.
Ýerleşdirilen wagty: 2023-nji ýylyň 13-nji noýabry