አጭር መግለጫ፡- የአቫላንሽ ፎቶ ዳሰተር መሰረታዊ መዋቅር እና የስራ መርህ (APD የፎቶ ዳሳሽ) አስተዋውቀዋል፣ የመሣሪያው መዋቅር የዝግመተ ለውጥ ሂደት ተተነተኗል፣ አሁን ያለው የምርምር ሁኔታ ተጠቃሏል፣ እና የAPD የወደፊት እድገት ወደፊት ተጠንቷል።
1. መግቢያ
Photodetector የብርሃን ምልክቶችን ወደ ኤሌክትሪክ ሲግናሎች የሚቀይር መሳሪያ ነው። በሴሚኮንዳክተር photodetector, በአደጋው የተደሰተው ፎቶን ያመነጨው ድምጸ ተያያዥ ሞደም በተተገበረው አድሏዊ ቮልቴጅ ውስጥ ወደ ውጫዊ ዑደት ውስጥ ገብቷል እና ሊለካ የሚችል ፎቶግራፍ ይፈጥራል። ከፍተኛ ምላሽ በሚሰጥበት ጊዜ እንኳን፣ ፒን ፎቶዲዮዲዮድ ቢበዛ ጥንድ ኤሌክትሮን-ቀዳዳ ጥንዶችን ብቻ ማምረት ይችላል፣ ይህም ውስጣዊ ጥቅም የሌለው መሳሪያ ነው። ለበለጠ ምላሽ፣ Avalanche photodiode (APD) መጠቀም ይቻላል። በፎቶcurrent ላይ የ APD የማጉላት ውጤት በ ionization ግጭት ውጤት ላይ የተመሰረተ ነው. በአንዳንድ ሁኔታዎች፣ የተጣደፉ ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች አዲስ ጥንድ ኤሌክትሮን-ቀዳዳ ጥንድ ለማምረት ከላቲስ ጋር ለመጋጨት በቂ ኃይል ሊያገኙ ይችላሉ። ይህ ሂደት ሰንሰለት ምላሽ ነው, ስለዚህም በብርሃን ለመምጥ የመነጩ የኤሌክትሮን-ቀዳዳ ጥንድ ጥንድ ከፍተኛ ቁጥር የኤሌክትሮን-ቀዳዳ ጥንዶች ለማምረት እና ትልቅ ሁለተኛ ደረጃ photocurrent መፍጠር ይችላሉ. ስለዚህ, ኤፒዲ ከፍተኛ ምላሽ ሰጪነት እና ውስጣዊ ጥቅም አለው, ይህም የመሳሪያውን የሲግናል-ወደ-ድምጽ ጥምርታ ያሻሽላል. ኤፒዲ በዋናነት በረጅም ርቀት ወይም በትንንሽ የኦፕቲካል ፋይበር የመገናኛ ዘዴዎች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውለው በተቀበለው የኦፕቲካል ሃይል ላይ ካሉ ሌሎች ገደቦች ጋር ነው። በአሁኑ ጊዜ ብዙ የኦፕቲካል መሳሪያዎች ባለሙያዎች ስለ ኤፒዲ ተስፋዎች በጣም ተስፈኞች ናቸው, እና የ APD ምርምር ተዛማጅ መስኮችን ዓለም አቀፍ ተወዳዳሪነት ለማሳደግ አስፈላጊ ነው ብለው ያምናሉ.
2. የቴክኒካዊ እድገትየበረዶ መንሸራተቻ የፎቶ ዳሳሽ(ኤ.ፒ.ዲ የፎቶ ዳሳሽ)
2.1 ቁሳቁሶች
(1)ፎቶ ዳሳሽ
የሲ ማቴሪያል ቴክኖሎጂ በማይክሮ ኤሌክትሮኒክስ መስክ በስፋት ጥቅም ላይ የሚውል የበሰለ ቴክኖሎጂ ነው, ነገር ግን በ 1.31mm እና 1.55mm የሞገድ ክልል ውስጥ መሳሪያዎችን ለማዘጋጀት ተስማሚ አይደለም, በአጠቃላይ በኦፕቲካል ኮሙኒኬሽን መስክ ተቀባይነት አላቸው.
(2) ገ
ምንም እንኳን የጂ ኤፒዲ የእይታ ምላሽ ለዝቅተኛ ኪሳራ እና ዝቅተኛ ስርጭት በኦፕቲካል ፋይበር ማስተላለፊያ መስፈርቶች ተስማሚ ቢሆንም በዝግጅቱ ሂደት ውስጥ ትልቅ ችግሮች አሉ። በተጨማሪም የጂ ኤሌክትሮን እና ቀዳዳ ionization ሬሾ ወደ () 1 ቅርብ ስለሆነ ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸውን የኤፒዲ መሳሪያዎች ማዘጋጀት አስቸጋሪ ነው።
(3)በ0.53Ga0.47አስ/ኢ.ፒ
In0.53Ga0.47As እንደ APD እና InP የብርሃን መምጠጥ ንብርብር እንደ ማባዣ ንብርብር ለመምረጥ ውጤታማ ዘዴ ነው. የ In0.53Ga0.47 የመምጠጥ ጫፍ 1.65 ሚሜ ፣ 1.31 ሚሜ ፣ 1.55 ሚሜ የሞገድ ርዝመት 104 ሴ.ሜ - 1 ከፍተኛ የመምጠጥ ቅንጅት ነው ፣ ይህም በአሁኑ ጊዜ የብርሃን መፈለጊያ ንብርብር ለመምጥ ተመራጭ ነው።
(4)InGaAs photodetector/ ውስጥፎቶ ዳሳሽ
InGaAsPን እንደ ብርሃን የሚስብ ንብርብር እና ኢንፒን እንደ ማባዣ ንብርብር በመምረጥ፣ APD ከ1-1.4mm የምላሽ የሞገድ ርዝመት፣ ከፍተኛ የኳንተም ቅልጥፍና፣ ዝቅተኛ የጨለማ ጅረት እና ከፍተኛ የበረዶ መጨመር ማዘጋጀት ይቻላል። የተለያዩ ቅይጥ ክፍሎችን በመምረጥ, ለተወሰኑ የሞገድ ርዝመቶች ምርጡ አፈፃፀም ይደርሳል.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48እንደ ቁሳቁስ የባንድ ክፍተት (1.47eV) ያለው እና በ 1.55 ሚሜ የሞገድ ርዝመት ውስጥ አይወስድም. ቀጭን In0.52Al0.48እንደ ኤፒታክሲያል ንብርብር ንጹህ ኤሌክትሮን በመርፌ ሁኔታ ስር እንደ ማባዣ ንብርብር ከ InP የተሻሉ የትርፍ ባህሪያትን እንደሚያገኝ የሚያሳይ ማስረጃ አለ.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs እና InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
የቁሳቁሶች ተፅእኖ ionization መጠን የ APD አፈፃፀም ላይ ተጽእኖ የሚያሳድር አስፈላጊ ነገር ነው. ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት የማባዣው ንብርብር የግጭት ionization መጠን InGaAs (P) /InAlAs እና In (Al) GaAs/InAlAs superlattice መዋቅሮችን በማስተዋወቅ ሊሻሻል ይችላል። የሱፐርላቲስ መዋቅርን በመጠቀም የባንድ ኢንጂነሪንግ በኮንዳክሽን ባንድ እና በቫሌንስ ባንድ እሴቶች መካከል ያለውን ያልተመጣጠነ የባንድ ጠርዝ መቋረጥን በሰው ሰራሽ መንገድ መቆጣጠር እና የኮንዳክሽን ባንድ መቋረጥ ከቫሌንስ ባንድ መቋረጥ (ΔEc>> ΔEv) የበለጠ መሆኑን ያረጋግጣል። ከ InGaAs የጅምላ ቁሶች ጋር ሲነጻጸር፣ InGaAs/InAlAs ኳንተም በደንብ የኤሌክትሮን ionization ምጣኔ (ሀ) በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል፣ እና ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች ተጨማሪ ሃይል ያገኛሉ። በ ΔEc>> ΔEv ምክንያት በኤሌክትሮኖች የተገኘው ሃይል የኤሌክትሮን ionization ፍጥነትን ከቀዳዳ ኢነርጂ አስተዋፅኦ እጅግ የላቀ ያደርገዋል ተብሎ ይጠበቃል። የኤሌክትሮን ionization ፍጥነት ወደ ቀዳዳ ionization ሬሾ (k) ይጨምራል። ስለዚህ, ከፍተኛ ትርፍ-ባንድዊድዝ ምርት (GBW) እና ዝቅተኛ የድምፅ አፈፃፀም የሱፐርላቲስ መዋቅሮችን በመተግበር ማግኘት ይቻላል. ነገር ግን ይህ የK እሴትን ሊጨምር የሚችል የ InGaAs/InAlAs ኳንተም ጉድጓድ መዋቅር APD ለኦፕቲካል ተቀባይዎች መተግበር አስቸጋሪ ነው። ይህ የሆነበት ምክንያት ከፍተኛውን ምላሽ ሰጪነት የሚጎዳው ብዜት በጨለመ ጅረት እንጂ በተባዛ ድምጽ የተገደበ አይደለም። በዚህ መዋቅር ውስጥ ፣ የጨለማው ፍሰት በዋነኝነት የሚከሰተው በ InGaAs ጉድጓድ ሽፋን ከጠባብ ባንድ ክፍተት ጋር ባለው የመተላለፊያ ውጤት ነው ፣ ስለሆነም እንደ InGaAsP ወይም InAlGaAs ያሉ ሰፊ ባንድ ክፍተት ኳተርን ቅይጥ ፣ እንደ InGaAs እንደ ጉድጓዱ ንብርብር ምትክ ማስተዋወቅ ነው ። የኳንተም ጉድጓድ መዋቅር የጨለማውን ፍሰት ሊቀንስ ይችላል.
የልጥፍ ሰዓት፡- ህዳር-13-2023