Abstrak: Struktur dhasar lan prinsip kerja fotodetektor longsor (Fotodetektor APD) dikenalake, proses evolusi struktur piranti dianalisis, status riset saiki diringkes, lan pangembangan APD ing mangsa ngarep disinaoni kanthi prospektif.
1. Pambuka
Fotodetektor yaiku piranti sing ngowahi sinyal cahya dadi sinyal listrik. Ingfotodetektor semikonduktor, operator sing diasilake foto sing dieksitasi dening foton sing mlebu mlebu sirkuit eksternal ing voltase bias sing ditrapake lan mbentuk arus foto sing bisa diukur. Sanajan ing respon maksimal, fotodioda PIN mung bisa ngasilake sepasang pasangan elektron-lubang paling akeh, yaiku piranti tanpa gain internal. Kanggo respon sing luwih gedhe, fotodioda longsoran (APD) bisa digunakake. Efek amplifikasi APD ing arus foto adhedhasar efek tabrakan ionisasi. Ing kahanan tartamtu, elektron lan bolongan sing dipercepat bisa entuk energi sing cukup kanggo tabrakan karo kisi kanggo ngasilake pasangan pasangan elektron-lubang anyar. Proses iki minangka reaksi berantai, saengga pasangan pasangan elektron-lubang sing diasilake dening penyerapan cahya bisa ngasilake akeh pasangan elektron-lubang lan mbentuk arus foto sekunder sing gedhe. Mulane, APD nduweni respon sing dhuwur lan gain internal, sing ningkatake rasio sinyal-kanggo-gangguan piranti kasebut. APD utamane bakal digunakake ing sistem komunikasi serat optik jarak jauh utawa luwih cilik kanthi watesan liyane ing daya optik sing ditampa. Saiki, akeh ahli piranti optik sing optimis banget babagan prospek APD, lan percaya manawa riset APD perlu kanggo ningkatake daya saing internasional saka bidang sing gegandhengan.
2. Pangembangan teknis sakafotodetektor longsor(Fotodetektor APD)
2.1 Bahan
(1)Fotodetektor Si
Teknologi materi Si minangka teknologi diwasa sing digunakake sacara wiyar ing bidang mikroelektronika, nanging ora cocog kanggo nyiapake piranti ing kisaran dawa gelombang 1,31mm lan 1,55mm sing umum ditampa ing bidang komunikasi optik.
(2)Ge
Senajan respon spektral Ge APD cocok kanggo syarat kerugian rendah lan dispersi rendah ing transmisi serat optik, ana kesulitan gedhe ing proses persiapan. Kajaba iku, rasio laju ionisasi elektron lan bolongan Ge cedhak karo () 1, mula angel nyiyapake piranti APD kinerja dhuwur.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Iki minangka cara sing efektif kanggo milih In0.53Ga0.47As minangka lapisan panyerepan cahya APD lan InP minangka lapisan pangganda. Puncak panyerepan materi In0.53Ga0.47As yaiku dawa gelombang 1,65mm, 1,31mm, 1,55mm kanthi koefisien panyerepan dhuwur udakara 104cm-1, sing minangka bahan sing disenengi kanggo lapisan panyerepan detektor cahya saiki.
(4)Fotodetektor InGaAs/Ingfotodetektor
Kanthi milih InGaAsP minangka lapisan panyerep cahya lan InP minangka lapisan pangganda, APD kanthi dawa gelombang respon 1-1.4mm, efisiensi kuantum sing dhuwur, arus peteng sing endhek, lan gain longsoran sing dhuwur bisa disiapake. Kanthi milih komponen paduan sing beda-beda, kinerja paling apik kanggo dawa gelombang tartamtu bisa digayuh.
(5)InGaAs/InAlAs
Materi In0.52Al0.48As nduweni celah pita (1.47eV) lan ora nyerep ing kisaran dawa gelombang 1.55mm. Ana bukti yen lapisan epitaksial In0.52Al0.48As sing tipis bisa entuk karakteristik gain sing luwih apik tinimbang InP minangka lapisan multiplikator ing kondisi injeksi elektron murni.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs lan InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Laju ionisasi dampak saka bahan minangka faktor penting sing mengaruhi kinerja APD. Asil kasebut nuduhake yen laju ionisasi tabrakan lapisan pengganda bisa ditingkatake kanthi ngenalake struktur superkisi InGaAs (P) /InAlAs lan In (Al) GaAs/InAlAs. Kanthi nggunakake struktur superkisi, rekayasa pita bisa ngontrol diskontinuitas pinggiran pita asimetris kanthi artifisial antarane nilai pita konduksi lan pita valensi, lan mesthekake yen diskontinuitas pita konduksi luwih gedhe tinimbang diskontinuitas pita valensi (ΔEc>>ΔEv). Dibandhingake karo bahan curah InGaAs, laju ionisasi elektron sumur kuantum InGaAs/InAlAs (a) tambah sacara signifikan, lan elektron lan bolongan entuk energi ekstra. Amarga ΔEc>>ΔEv, bisa diarepake yen energi sing dipikolehi dening elektron nambah laju ionisasi elektron luwih akeh tinimbang kontribusi energi bolongan marang laju ionisasi bolongan (b). Rasio (k) laju ionisasi elektron marang laju ionisasi bolongan mundhak. Mulane, produk gain-bandwidth (GBW) sing dhuwur lan kinerja gangguan sing endhek bisa dipikolehi kanthi ngetrapake struktur superlattice. Nanging, struktur sumur kuantum InGaAs/InAlAs APD iki, sing bisa nambah nilai k, angel ditrapake ing panrima optik. Iki amarga faktor pengali sing mengaruhi responsif maksimal diwatesi dening arus peteng, dudu gangguan pengali. Ing struktur iki, arus peteng utamane disebabake dening efek tunneling saka lapisan sumur InGaAs kanthi celah pita sing sempit, saengga introduksi paduan kuaterner celah pita sing amba, kayata InGaAsP utawa InAlGaAs, tinimbang InGaAs minangka lapisan sumur saka struktur sumur kuantum bisa nyuda arus peteng.
Wektu kiriman: 13 Nov-2023