Աբստրակտ. Ձնահոսքի լուսադետեկտորի հիմնական կառուցվածքը և աշխատանքի սկզբունքը (APD լուսադետեկտոր) են ներկայացվում, վերլուծվում է սարքի կառուցվածքի էվոլյուցիայի գործընթացը, ամփոփվում է հետազոտության ներկայիս վիճակը, և հեռանկարայինորեն ուսումնասիրվում է ԱԴՀ-ի ապագա զարգացումը։
1. Ներածություն
Լուսաճանաչիչը սարք է, որը լույսի ազդանշանները վերածում է էլեկտրական ազդանշանների։կիսահաղորդչային լուսադետեկտոր, միջադեպային ֆոտոնով գրգռված լուսահոսքը մտնում է արտաքին շղթա կիրառվող շեղման լարման տակ և ձևավորում է չափելի լուսահոսք։ Նույնիսկ առավելագույն արձագանքման դեպքում PIN լուսադիոդը կարող է առաջացնել առավելագույնը միայն էլեկտրոն-անցք զույգերի զույգ, որը սարք է առանց ներքին ուժեղացման։ Ավելի մեծ արձագանքման համար կարող է օգտագործվել ձնահոսքային լուսադիոդ (APD): APD-ի լուսահոսքի վրա ուժեղացման ազդեցությունը հիմնված է իոնացման բախման էֆեկտի վրա։ Որոշակի պայմաններում արագացված էլեկտրոններն ու անցքերը կարող են ստանալ բավարար էներգիա՝ ցանցի հետ բախվելու և էլեկտրոն-անցք զույգերի նոր զույգ առաջացնելու համար։ Այս գործընթացը շղթայական ռեակցիա է, այնպես որ լույսի կլանման միջոցով առաջացած էլեկտրոն-անցք զույգերի զույգը կարող է առաջացնել մեծ թվով էլեկտրոն-անցք զույգեր և ձևավորել մեծ երկրորդային լուսահոսք։ Հետևաբար, APD-ն ունի բարձր արձագանքման ունակություն և ներքին ուժեղացում, ինչը բարելավում է սարքի ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը։ APD-ն հիմնականում կօգտագործվի երկար հեռավորության կամ փոքր օպտիկական մանրաթելային կապի համակարգերում՝ ստացված օպտիկական հզորության այլ սահմանափակումներով։ Ներկայումս օպտիկական սարքերի շատ մասնագետներ շատ լավատեսորեն են տրամադրված օպտիկական սարքերի (ԱԴՍ) հեռանկարների նկատմամբ և կարծում են, որ ԱԴՍ-ի հետազոտությունները անհրաժեշտ են հարակից ոլորտների միջազգային մրցունակությունը բարձրացնելու համար։
2. Տեխնիկական զարգացումձնահոսքի լուսադետեկտոր(APD լուսադետեկտոր)
2.1 Նյութեր
(1)Si լուսադետեկտոր
Si նյութական տեխնոլոգիան հասուն տեխնոլոգիա է, որը լայնորեն կիրառվում է միկրոէլեկտրոնիկայի ոլորտում, սակայն այն հարմար չէ օպտիկական կապի ոլորտում ընդհանուր առմամբ ընդունված 1.31 մմ և 1.55 մմ ալիքի երկարության սարքերի պատրաստման համար։
(2)Գե
Չնայած Ge APD-ի սպեկտրալ արձագանքը հարմար է օպտիկական մանրաթելային փոխանցման ցածր կորուստների և ցածր դիսպերսիայի պահանջներին, պատրաստման գործընթացում կան մեծ դժվարություններ: Բացի այդ, Ge-ի էլեկտրոնների և անցքերի իոնացման արագության հարաբերակցությունը մոտ է ()1-ի, ուստի դժվար է պատրաստել բարձր արդյունավետությամբ APD սարքեր:
(3) In0.53Ga0.47As/InP
Արդյունավետ մեթոդ է APD-ի լույսի կլանման շերտ In0.53Ga0.47As-ը և բազմապատկիչ շերտ InP-ն ընտրելը: In0.53Ga0.47As նյութի կլանման գագաթնակետը 1.65 մմ է, 1.31 մմ, 1.55 մմ ալիքի երկարությունը մոտ 104 սմ-1 բարձր կլանման գործակից է, որը ներկայումս լույսի դետեկտորի կլանման շերտի համար նախընտրելի նյութն է:
(4)InGaAs լուսադետեկտոր/Մուտքումլուսադետեկտոր
InGaAsP-ն որպես լույս կլանող շերտ և InP-ն որպես բազմապատկիչ շերտ ընտրելով՝ կարելի է ստանալ 1-1.4 մմ արձագանքման ալիքի երկարությամբ, բարձր քվանտային արդյունավետությամբ, ցածր մութ հոսանքով և բարձր ձնահոսքի ուժգնացմամբ APD: Տարբեր համաձուլվածքային բաղադրիչներ ընտրելով՝ ձեռք է բերվում լավագույն արդյունավետությունը որոշակի ալիքի երկարությունների համար:
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As նյութն ունի արգելակային գոտի (1.47 էՎ) և չի կլանում 1.55 մմ ալիքի երկարության տիրույթում: Կան ապացույցներ, որ բարակ In0.52Al0.48As էպիտաքսիալ շերտը կարող է ավելի լավ ուժեղացման բնութագրեր ստանալ, քան InP-ն որպես բազմապատկիչ շերտ՝ մաքուր էլեկտրոնների ներարկման պայմաններում:
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs և InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Նյութերի հարվածային իոնացման արագությունը կարևոր գործոն է, որը ազդում է APD-ի աշխատանքի վրա: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ բազմապատկիչ շերտի բախման իոնացման արագությունը կարող է բարելավվել՝ ներմուծելով InGaAs (P) /InAlAs և In (Al) GaAs/InAlAs գերցանցային կառուցվածքներ: Գերցանցային կառուցվածքն օգտագործելով՝ գոտիների ինժեներիան կարող է արհեստականորեն վերահսկել հաղորդչական գոտու և վալենտային գոտիների արժեքների միջև ասիմետրիկ գոտու եզրային անհամապատասխանությունը և ապահովել, որ հաղորդչական գոտու անհամապատասխանությունը շատ ավելի մեծ լինի, քան վալենտային գոտու անհամապատասխանությունը (ΔEc>>ΔEv): InGaAs զանգվածային նյութերի համեմատ, InGaAs/InAlAs քվանտային հորատանցքի էլեկտրոնային իոնացման արագությունը (a) զգալիորեն մեծանում է, և էլեկտրոններն ու անցքերը ստանում են լրացուցիչ էներգիա: ΔEc>>ΔEv-ի պատճառով կարելի է ակնկալել, որ էլեկտրոնների կողմից ստացված էներգիան շատ ավելի է մեծացնում էլեկտրոնների իոնացման արագությունը, քան անցքի էներգիայի ներդրումը անցքի իոնացման արագության մեջ (b): Էլեկտրոնների իոնացման արագության և անցքի իոնացման արագության հարաբերակցությունը (k) մեծանում է: Հետևաբար, գերցանցային կառուցվածքների կիրառմամբ կարելի է ստանալ բարձր ուժեղացման-թողունակության արտադրյալ (GBW) և ցածր աղմուկի ցուցանիշներ։ Սակայն, այս InGaAs/InAlAs քվանտային հորատանցքի APD կառուցվածքը, որը կարող է մեծացնել k արժեքը, դժվար է կիրառել օպտիկական ընդունիչների վրա։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ առավելագույն արձագանքման վրա ազդող բազմապատկիչի գործակիցը սահմանափակվում է մութ հոսանքով, այլ ոչ թե բազմապատկիչի աղմուկով։ Այս կառուցվածքում մութ հոսանքը հիմնականում առաջանում է նեղ գոտիական բացվածքով InGaAs հորատանցքի շերտի թունելային էֆեկտով, ուստի քվանտային հորատանցքի կառուցվածքի հորատանցքի շերտի փոխարեն InGaAs-ի փոխարեն լայն գոտիական բացվածքով քառատերնային համաձուլվածքի ներմուծումը կարող է ճնշել մութ հոսանքը։
Հրապարակման ժամանակը. Նոյեմբերի 13-2023