Ágrip: Grunnbygging og virkni snjóflóðaljósnema (APD ljósnemi) eru kynnt, þróunarferli tækjabyggingar er greind, núverandi rannsóknarstaða er dregin saman og framtíðarþróun APD er skoðuð framsýnt.
1. Inngangur
Ljósnemi er tæki sem breytir ljósmerkjum í rafmerki. Íhálfleiðara ljósnemi, ljósmyndaða flutningsefnið, sem örvað er af innfallandi ljóseindinni, fer inn í ytri hringrásina undir áhrifum spennu og myndar mælanlegan ljósstraum. Jafnvel við hámarkssvörun getur PIN ljósdíóða aðeins framleitt eitt par af rafeinda-holu pörum, sem er tæki án innri ávinnings. Til að auka svörun er hægt að nota snjóflóðaljósdíóðu (APD). Magnunaráhrif APD á ljósstraum byggjast á jónunarárekstri. Við ákveðnar aðstæður geta hraðaðar rafeindir og holur fengið næga orku til að rekast á grindina til að framleiða nýtt par af rafeinda-holu pörum. Þetta ferli er keðjuverkun, þannig að parið af rafeinda-holu pörum sem myndast við ljósgleypni getur framleitt mikið magn af rafeinda-holu pörum og myndað stóran auka ljósstraum. Þess vegna hefur APD mikla svörun og innri ávinning, sem bætir merkis-til-hávaða hlutfall tækisins. APD verður aðallega notað í langdrægum eða minni ljósleiðara samskiptakerfum með öðrum takmörkunum á mótteknu ljósafli. Sem stendur eru margir sérfræðingar í ljóstækjaframleiðslu mjög bjartsýnir á horfur APD og telja að rannsóknir á APD séu nauðsynlegar til að auka alþjóðlega samkeppnishæfni skyldra sviða.
2. Tækniþróun ásnjóflóðaljósnemi(APD ljósnemi)
2.1 Efni
(1)Si ljósnemi
Si efnistækni er þroskuð tækni sem er mikið notuð á sviði örrafeindatækni, en hún hentar ekki til að búa til tæki á bylgjulengdarsviðinu 1,31 mm og 1,55 mm sem eru almennt viðurkennd á sviði ljósleiðarasamskipta.
(2) Ge
Þó að litrófssvörun Ge APD henti kröfum um lágt tap og lága dreifingu í ljósleiðaraflutningi, eru miklir erfiðleikar við undirbúningsferlið. Að auki er jónunarhlutfall rafeinda og holu í Ge nálægt () 1, þannig að erfitt er að búa til afkastamikla APD tæki.
(3) Í₂0,53Ga₂0,47As/Í₂P
Það er áhrifarík aðferð að velja In0.53Ga0.47As sem ljósgleypnilag fyrir APD og InP sem margföldunarlag. Gleypnihámark In0.53Ga0.47As efnisins er 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm bylgjulengd er um 104 cm-1 hár gleypnistuðull, sem er ákjósanlegt efni fyrir gleypnilag ljósnema eins og er.
(4)InGaAs ljósnemi/Íljósnemi
Með því að velja InGaAsP sem ljósgleypandi lag og InP sem margföldunarlag er hægt að útbúa APD með svörunarbylgjulengd upp á 1-1,4 mm, mikla skammtanýtni, lágan dökkstraum og mikla snjóflóðahagnað. Með því að velja mismunandi málmblönduþætti er hægt að ná sem bestum árangri fyrir tilteknar bylgjulengdir.
(5) InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As efnið hefur bandgap (1.47 eV) og gleypir ekki rafeindabylgjulengdina 1.55 mm. Það eru vísbendingar um að þunnt In0.52Al0.48As epitaxial lag geti náð betri styrkingareiginleikum en InP sem margföldunarlag við skilyrði hreinnar rafeindainnspýtingar.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs og InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Árekstrarjónunarhraði efna er mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á afköst APD. Niðurstöðurnar sýna að hægt er að bæta árekstrarjónunarhraða margföldunarlagsins með því að kynna InGaAs (P) /InAlAs og In (Al) GaAs/InAlAs ofurristarbyggingar. Með því að nota ofurristarbygginguna getur bandverkfræðin stjórnað ósamhverfu bandbrúnarósamfellunni milli leiðnibandsins og gildisbandsins og tryggt að leiðnibandsósamfellan sé mun meiri en gildisbandsósamfellan (ΔEc>>ΔEv). Í samanburði við InGaAs lausefni eykst jónunarhraði rafeinda í skammtabrunnum (a) í InGaAs/InAlAs verulega og rafeindir og holur fá auka orku. Vegna ΔEc>>ΔEv má búast við að orkan sem rafeindir fái auki jónunarhraða rafeinda mun meira en framlag holuorku til jónunarhraða holunnar (b). Hlutfallið (k) milli jónunarhraða rafeinda og jónunarhraða holunnar eykst. Þess vegna er hægt að ná fram mikilli ávinnings-bandbreiddar margfeldi (GBW) og litlum hávaða með því að nota ofurristarbyggingar. Hins vegar er þessi InGaAs/InAlAs skammtabrunnbygging APD, sem getur aukið k gildið, erfið í notkun á ljósleiðaraviðtaka. Þetta er vegna þess að margföldunarstuðullinn sem hefur áhrif á hámarkssvörun er takmarkaður af myrkri straumnum, ekki margföldunarhávaðanum. Í þessari uppbyggingu er myrkri straumurinn aðallega af völdum göngáhrifa InGaAs brunnlagsins með þröngu bandgap, þannig að innleiðing á fjórþættri málmblöndu með breiðbandsgap, svo sem InGaAsP eða InAlGaAs, í stað InGaAs sem brunnslags skammtabrunnbyggingarinnar getur bælt myrkri strauminn.
Birtingartími: 13. nóvember 2023