Хулоса: Сохтори асосӣ ва принсипи кори фотодетектори тарма (Фотодетектори APD) муаррифӣ карда мешаванд, раванди эволютсияи сохтори дастгоҳ таҳлил карда мешавад, вазъи кунунии тадқиқот ҷамъбаст карда мешавад ва рушди ояндаи APD ба таври дурнамо омӯхта мешавад.
1. Муқаддима
Фотодетектор дастгоҳест, ки сигналҳои рӯшноиро ба сигналҳои барқӣ табдил медиҳад.фотодетектори нимноқил, интиқолдиҳандаи фототавлидшуда, ки аз ҷониби фотони афтида ба ҳаяҷон омадааст, таҳти шиддати таассуби татбиқшуда ба схемаи беруна ворид мешавад ва фотоҷараёни ченшавандаро ташкил медиҳад. Ҳатто дар ҳадди аксар вокуниш, фотодиоди PIN метавонад танҳо як ҷуфт ҷуфтҳои электрон-сӯрохиро тавлид кунад, ки ин дастгоҳ бе афзоиши дохилӣ аст. Барои вокуниши бештар, фотодиоди тарма (APD)-ро истифода бурдан мумкин аст. Таъсири тақвияти APD ба фотоҷараён ба таъсири бархӯрди ионизатсия асос ёфтааст. Дар шароити муайян, электронҳо ва сӯрохиҳои суръатгирифта метавонанд энергияи кофӣ ба даст оранд, то бо шабака бархӯранд, то як ҷуфти нави ҷуфтҳои электрон-сӯрохиро ба вуҷуд оранд. Ин раванд як реаксияи занҷирӣ аст, то ҷуфтҳои электрон-сӯрохие, ки дар натиҷаи ҷабби нур ба вуҷуд омадаанд, метавонанд шумораи зиёди ҷуфтҳои электрон-сӯрохиро ба вуҷуд оранд ва фотоҷараёни дуюмдараҷаи калонро ташкил диҳанд. Аз ин рӯ, APD вокуниши баланд ва афзоиши дохилӣ дорад, ки таносуби сигнал-ба-садои дастгоҳро беҳтар мекунад. APD асосан дар системаҳои алоқаи нахи оптикии масофаи дур ё хурдтар бо маҳдудиятҳои дигар дар қувваи оптикии қабулшуда истифода мешавад. Дар айни замон, бисёре аз коршиносони дастгоҳҳои оптикӣ дар бораи дурнамои APD хеле хушбинанд ва боварӣ доранд, ки таҳқиқоти APD барои баланд бардоштани рақобатпазирии байналмилалии соҳаҳои марбута зарур аст.
2. Рушди техникӣфотодетектори тарма(Фотодетектори APD)
2.1 Маводҳо
(1)Фотодетектори Si
Технологияи маводи Si як технологияи пухта аст, ки дар соҳаи микроэлектроника васеъ истифода мешавад, аммо он барои тайёр кардани дастгоҳҳо дар диапазони дарозии мавҷҳои 1.31 мм ва 1.55 мм, ки дар соҳаи алоқаи оптикӣ умуман қабул карда мешаванд, мувофиқ нест.
(2)Ге
Гарчанде ки вокуниши спектралии Ge APD барои талаботи талафоти кам ва парокандагии паст дар интиқоли нахи оптикӣ мувофиқ аст, дар раванди омодасозӣ мушкилоти зиёд вуҷуд дорад. Илова бар ин, таносуби суръати ионизатсияи электрон ва сӯрохиҳои Ge ба () 1 наздик аст, аз ин рӯ омода кардани дастгоҳҳои APD-и баландсифат душвор аст.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Ин як усули муассир барои интихоби In0.53Ga0.47As ҳамчун қабати ҷабби нури APD ва InP ҳамчун қабати зарбкунанда мебошад. Қуллаи ҷабби маводи In0.53Ga0.47As 1.65 мм, 1.31 мм, 1.55 мм буда, коэффитсиенти баланди ҷабби мавҷҳои он тақрибан 104 см-1 аст, ки айни замон маводи афзалиятнок барои қабати ҷабби детектори рӯшноӣ мебошад.
(4)Фотодетектори InGaAs/Дарфотодетектор
Бо интихоби InGaAsP ҳамчун қабати фурӯбарандаи нур ва InP ҳамчун қабати зарбкунанда, APD бо дарозии мавҷи вокуниш 1-1.4 мм, самаранокии баланди квантӣ, ҷараёни пасти торикӣ ва афзоиши баланди тармафароӣ омода кардан мумкин аст. Бо интихоби ҷузъҳои гуногуни хӯла, беҳтарин самаранокӣ барои дарозии мавҷҳои мушаххас ба даст оварда мешавад.
(5)InGaAs/InAlAs
Маводи In0.52Al0.48As фосилаи банд (1.47eV) дорад ва дар диапазони дарозии мавҷи 1.55 мм фурӯ намебарад. Далелҳо мавҷуданд, ки қабати тунуки эпитаксиалии In0.52Al0.48As метавонад хусусиятҳои беҳтари афзоишро нисбат ба InP ҳамчун қабати мултипликатор дар шароити воридкунии электрони холис ба даст орад.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ва InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Суръати ионизатсияи таъсирбахши маводҳо омили муҳиме мебошад, ки ба самаранокии APD таъсир мерасонад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки суръати ионизатсияи бархӯрди қабати зарбкунандаро бо ҷорӣ кардани сохторҳои суперқабатаи InGaAs (P) /InAlAs ва In (Al) GaAs/InAlAs беҳтар кардан мумкин аст. Бо истифода аз сохтори суперқабат, муҳандисии банд метавонад ба таври сунъӣ нопайвастагии канори банди асимметрӣ байни банди гузаронандагӣ ва арзишҳои банди валентӣ назорат кунад ва кафолат диҳад, ки нопайвастагии банди гузаронандагӣ аз нопайвастагии банди валентӣ (ΔEc>>ΔEv) хеле калонтар аст. Дар муқоиса бо маводҳои калони InGaAs, суръати ионизатсияи электронии чоҳи квантии InGaAs/InAlAs (a) ба таври назаррас афзоиш меёбад ва электронҳо ва сӯрохиҳо энергияи иловагӣ ба даст меоранд. Аз сабаби ΔEc>>ΔEv, интизор меравад, ки энергияи ба даст овардаи электронҳо суръати ионизатсияи электронро нисбат ба саҳми энергияи сӯрохиҳо ба суръати ионизатсияи сӯрохиҳо (b) хеле зиёдтар мекунад. Таносуби (k) суръати ионизатсияи электрон ба суръати ионизатсияи сӯрохиҳо меафзояд. Аз ин рӯ, маҳсули баланди афзоиши банд (GBW) ва самаранокии пасти садоро бо истифода аз сохторҳои суперқабат ба даст овардан мумкин аст. Аммо, ин APD сохтори чоҳи квантии InGaAs/InAlAs, ки метавонад арзиши k-ро афзоиш диҳад, ба қабулкунакҳои оптикӣ татбиқ кардан душвор аст. Ин аз он сабаб аст, ки омили зарбкунандае, ки ба вокуниши ҳадди аксар таъсир мерасонад, аз ҷониби ҷараёни торик маҳдуд аст, на аз ҷониби садои зарбкунанда. Дар ин сохтор, ҷараёни торик асосан аз таъсири туннелии қабати чоҳи InGaAs бо фосилаи танг ба вуҷуд меояд, аз ин рӯ, ворид кардани хӯлаи чоряки фосилаи васеъ, ба монанди InGaAsP ё InAlGaAs, ба ҷои InGaAs ҳамчун қабати чоҳи сохтори чоҳи квантӣ метавонад ҷараёни торикро пахш кунад.
Вақти нашр: 13 ноябри соли 2023