บทคัดย่อ: โครงสร้างพื้นฐานและหลักการทำงานของเครื่องตรวจจับภาพหิมะถล่ม (APD PhotoDetector) ได้รับการแนะนำกระบวนการวิวัฒนาการของโครงสร้างอุปกรณ์ได้รับการวิเคราะห์สถานะการวิจัยในปัจจุบันสรุปและการพัฒนาในอนาคตของ APD ได้รับการศึกษาอย่างคาดไม่ถึง
1. บทนำ
Photodetector เป็นอุปกรณ์ที่แปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า ในเครื่องถ่ายภาพเซมิคอนดักเตอร์ผู้ให้บริการที่สร้างจากภาพถ่ายตื่นเต้นกับโฟตอนที่เกิดขึ้นจะเข้าสู่วงจรภายนอกภายใต้แรงดันอคติที่ใช้และก่อตัวเป็น photocurrent ที่วัดได้ แม้ในการตอบสนองสูงสุดโฟโตไดโอด PIN สามารถสร้างคู่ของรูอิเล็กตรอนได้มากที่สุดเท่านั้นซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ไม่มีอัตราขยายภายใน สำหรับการตอบสนองที่มากขึ้นสามารถใช้โฟโตไดโอด (APD) ได้ เอฟเฟกต์การขยายของ APD ต่อ photocurrent ขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์การชนของไอออไนเซชัน ภายใต้เงื่อนไขบางประการอิเล็กตรอนและรูเร่งความเร็วสามารถรับพลังงานเพียงพอที่จะชนกับตาข่ายเพื่อผลิตคู่อิเล็กตรอนคู่ใหม่ กระบวนการนี้เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่เพื่อให้คู่ของคู่อิเล็กตรอนรูที่สร้างขึ้นโดยการดูดซับแสงสามารถสร้างคู่อิเล็กตรอนรูจำนวนมากและสร้างโฟโตเคอเรนท์ทุติยภูมิขนาดใหญ่ ดังนั้น APD จึงมีการตอบสนองสูงและได้รับภายในซึ่งปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ APD ส่วนใหญ่จะถูกใช้ในระบบการสื่อสารทางไกลหรือระบบการสื่อสารด้วยแสงขนาดเล็กที่มีข้อ จำกัด อื่น ๆ เกี่ยวกับพลังงานแสงที่ได้รับ ในปัจจุบันผู้เชี่ยวชาญด้านอุปกรณ์ออพติคอลหลายคนมองโลกในแง่ดีเกี่ยวกับโอกาสของ APD และเชื่อว่าการวิจัยของ APD เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเพิ่มความสามารถในการแข่งขันระหว่างประเทศของสาขาที่เกี่ยวข้อง
2. การพัฒนาทางเทคนิคของAvalanche PhotoDetector(APD PhotoDetector)
2.1 วัสดุ
(1)Si PhotoDetector
เทคโนโลยีวัสดุ SI เป็นเทคโนโลยีที่เป็นผู้ใหญ่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาไมโครอิเล็กทรอนิกส์ แต่ไม่เหมาะสำหรับการเตรียมอุปกรณ์ในช่วงความยาวคลื่น 1.31 มม. และ 1.55 มม. ที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปในด้านการสื่อสารด้วยแสง
(2) GE
แม้ว่าการตอบสนองทางสเปกตรัมของ GE APD นั้นเหมาะสมสำหรับความต้องการของการสูญเสียต่ำและการกระจายตัวต่ำในการส่งผ่านเส้นใยออปติคอล แต่ก็มีปัญหาอย่างมากในกระบวนการเตรียมการ นอกจากนี้อัตราส่วนอัตราอิเล็กตรอนและรูไอออนของ GE อยู่ใกล้กับ () 1 ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะเตรียมอุปกรณ์ APD ที่มีประสิทธิภาพสูง
(3) in0.53ga0.47as/inp
มันเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเลือก in0.53ga0.47as เป็นชั้นการดูดซับแสงของ APD และ INP เป็นเลเยอร์ตัวคูณ สูงสุดการดูดซับของวัสดุ In0.53ga0.47as คือ 1.65 มม., 1.31 มม., ความยาวคลื่น 1.55 มม. คือค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนสูงประมาณ 104 ซม. 1 ซึ่งเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับชั้นการดูดซับของเครื่องตรวจจับแสงในปัจจุบัน
(4)Ingaas PhotoDetector/ในเครื่องตรวจจับแสง
โดยการเลือก Ingaasp เป็นเลเยอร์ที่ดูดซับแสงและ INP เป็นเลเยอร์ตัวคูณ APD ที่มีความยาวคลื่นตอบสนอง 1-1.4 มม. ประสิทธิภาพควอนตัมสูงกระแสไฟฟ้ามืดต่ำและการได้รับหิมะถล่มสูง ด้วยการเลือกส่วนประกอบโลหะผสมที่แตกต่างกันประสิทธิภาพที่ดีที่สุดสำหรับความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจงจะทำได้
(5) Ingaas/Inalas
วัสดุ In0.52Al0.48as มีช่องว่างของแถบ (1.47ev) และไม่ดูดซับที่ช่วงความยาวคลื่น 1.55 มม. มีหลักฐานว่าชั้น epitaxial บาง in0.52Al0.48AS สามารถรับลักษณะการได้รับที่ดีกว่า INP เป็นชั้นคูณภายใต้เงื่อนไขของการฉีดอิเล็กตรอนบริสุทธิ์
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas และ Ingaas/in (al) GaAs/Inalas
อัตราการเกิดผลกระทบของวัสดุเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพของ APD ผลการวิจัยพบว่าอัตราการชนกันของการปะทะกันของเลเยอร์ตัวคูณสามารถปรับปรุงได้โดยการแนะนำ Ingaas (P) /Inalas และใน (AL) GAAS /Inalas Superlattice โครงสร้าง ด้วยการใช้โครงสร้าง Superlattice วิศวกรรมวงสามารถควบคุมความไม่ต่อเนื่องของขอบวงดนตรีแบบอสมมาตรระหว่างแถบการนำและค่าแบนด์วาเลนซ์และตรวจสอบให้แน่ใจว่าความไม่ต่อเนื่องของแถบการนำความไม่ต่อเนื่องนั้นมีขนาดใหญ่กว่าความไม่ต่อเนื่องของแถบวาเลนซ์ (ΔEC >> ΔEV) เมื่อเทียบกับวัสดุจำนวนมาก IngaAs อัตราการเกิดไอออไนเซชันอิเล็กตรอนของอิเล็กตรอน (A) จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและอิเล็กตรอนและหลุมจะได้รับพลังงานเพิ่มเติม เนื่องจากΔEC >> ΔEVคาดว่าพลังงานที่ได้รับจากอิเล็กตรอนจะเพิ่มอัตราการไอออนไนซ์อิเล็กตรอนมากกว่าการมีส่วนร่วมของพลังงานรูต่ออัตราการเกิดรูไอออไนเซชัน (B) อัตราส่วน (K) ของอัตราการไอออนไนซ์อิเล็กตรอนต่ออัตราการเกิดไอออนไนซ์เพิ่มขึ้น ดังนั้นผลิตภัณฑ์ Gain-Bandwidth สูง (GBW) และประสิทธิภาพเสียงรบกวนต่ำสามารถทำได้โดยการใช้โครงสร้าง Superlattice อย่างไรก็ตาม InGAAS/Inalas Quantum Well โครงสร้าง APD ซึ่งสามารถเพิ่มค่า K เป็นเรื่องยากที่จะใช้กับตัวรับแสง นี่เป็นเพราะปัจจัยทวีคูณที่มีผลต่อการตอบสนองสูงสุดถูก จำกัด ด้วยกระแสมืดไม่ใช่เสียงทวีคูณ ในโครงสร้างนี้กระแสมืดส่วนใหญ่เกิดจากเอฟเฟกต์อุโมงค์ของชั้น Ingaas ที่มีช่องว่างของแถบแคบ ๆ ดังนั้นการแนะนำอัลลอยด์ช่องว่างวงกว้างในวงกว้างเช่น Ingaasp หรือ Inalgaas แทนที่จะเป็น Ingaas
เวลาโพสต์: พ.ย. 13-2023