Muhtasari: Muundo wa msingi na kanuni ya utendaji kazi wa kigundua mwangaza wa maporomoko ya theluji (Kigunduzi cha picha cha APD) huanzishwa, mchakato wa mageuko ya muundo wa kifaa unachambuliwa, hali ya utafiti wa sasa inafupishwa, na maendeleo ya baadaye ya APD yanasomwa kwa njia ya matarajio.
1. Utangulizi
Kigunduzi cha mwanga ni kifaa kinachobadilisha mawimbi ya mwanga kuwa mawimbi ya umeme.kigunduzi cha picha cha nusu nusu, kibebaji kinachozalishwa na picha kinachochochewa na fotoni ya tukio huingia kwenye saketi ya nje chini ya volteji ya upendeleo inayotumika na kuunda mkondo wa picha unaopimika. Hata katika mwitikio wa juu zaidi, fotodiodi ya PIN inaweza kutoa jozi ya jozi za elektroni-shimo pekee, ambayo ni kifaa kisicho na faida ya ndani. Kwa mwitikio mkubwa zaidi, fotodiodi ya avanche (APD) inaweza kutumika. Athari ya ukuzaji wa APD kwenye mkondo wa picha inategemea athari ya mgongano wa ioni. Chini ya hali fulani, elektroni na mashimo yaliyoharakishwa yanaweza kupata nishati ya kutosha kugongana na kimiani ili kutoa jozi mpya ya jozi za elektroni-shimo. Mchakato huu ni mmenyuko wa mnyororo, ili jozi ya jozi za elektroni-shimo zinazozalishwa na unyonyaji wa mwanga zinaweza kutoa idadi kubwa ya jozi za elektroni-shimo na kuunda mkondo mkubwa wa picha wa pili. Kwa hivyo, APD ina mwitikio wa juu na faida ya ndani, ambayo inaboresha uwiano wa ishara-kwa-kelele wa kifaa. APD itatumika zaidi katika mifumo ya mawasiliano ya nyuzi za macho ya masafa marefu au madogo yenye mapungufu mengine kwenye nguvu ya macho inayopokelewa. Kwa sasa, wataalamu wengi wa vifaa vya macho wana matumaini makubwa kuhusu matarajio ya APD, na wanaamini kwamba utafiti wa APD ni muhimu ili kuongeza ushindani wa kimataifa katika nyanja zinazohusiana.
2. Maendeleo ya kiufundi yakigunduzi cha picha cha maporomoko ya theluji(Kigunduzi cha picha cha APD)
2.1 Nyenzo
(1)Kigunduzi cha picha
Teknolojia ya nyenzo ya Si ni teknolojia iliyokomaa ambayo hutumika sana katika uwanja wa vifaa vya elektroniki, lakini haifai kwa ajili ya utayarishaji wa vifaa katika safu ya urefu wa wimbi la 1.31mm na 1.55mm ambavyo kwa ujumla vinakubalika katika uwanja wa mawasiliano ya macho.
(2)Ge
Ingawa mwitikio wa spektri wa Ge APD unafaa kwa mahitaji ya upotevu mdogo na utawanyiko mdogo katika upitishaji wa nyuzi za macho, kuna ugumu mkubwa katika mchakato wa maandalizi. Zaidi ya hayo, uwiano wa kiwango cha ionisheni ya elektroni na shimo wa Ge uko karibu na () 1, kwa hivyo ni vigumu kuandaa vifaa vya APD vyenye utendaji wa hali ya juu.
(3)Katika 0.53Ga0.47As/Katika P
Ni njia bora ya kuchagua In0.53Ga0.47Kama safu ya unyonyaji wa mwanga ya APD na InP kama safu ya kuzidisha. Kilele cha unyonyaji wa nyenzo ya In0.53Ga0.47As ni 1.65mm, urefu wa wimbi wa 1.31mm, 1.55mm ni takriban mgawo wa juu wa unyonyaji wa 104cm-1, ambayo ndiyo nyenzo inayopendelewa kwa safu ya unyonyaji ya kigunduzi cha mwanga kwa sasa.
(4)Kigunduzi picha cha InGaAs/Ndanikigunduzi cha picha
Kwa kuchagua InGaAsP kama safu inayonyonya mwanga na InP kama safu ya kuzidisha, APD yenye urefu wa wimbi la mwitikio wa 1-1.4mm, ufanisi mkubwa wa quantum, mkondo mdogo wa giza na ongezeko kubwa la maporomoko ya theluji vinaweza kutayarishwa. Kwa kuchagua vipengele tofauti vya aloi, utendaji bora zaidi wa urefu wa wimbi maalum hupatikana.
(5)InGaAs/InAlAs
Nyenzo ya In0.52Al0.48As ina pengo la bendi (1.47eV) na haifyonzi katika kiwango cha urefu wa wimbi la 1.55mm. Kuna ushahidi kwamba safu nyembamba ya epitaxial ya In0.52Al0.48As inaweza kupata sifa bora za upataji kuliko InP kama safu ya kuzidisha chini ya hali ya sindano safi ya elektroni.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs na InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Kiwango cha ioni ya athari ya nyenzo ni jambo muhimu linaloathiri utendaji wa APD. Matokeo yanaonyesha kuwa kiwango cha ioni ya mgongano wa safu ya kuzidisha kinaweza kuboreshwa kwa kuanzisha miundo ya InGaAs (P) /InAlAs na In (Al) GaAs/InAlAs superlattice. Kwa kutumia muundo wa superlattice, uhandisi wa bendi unaweza kudhibiti kwa njia bandia kutoendelea kwa ukingo wa bendi isiyo na ulinganifu kati ya bendi ya upitishaji na thamani za bendi ya valensi, na kuhakikisha kuwa kutoendelea kwa bendi ya upitishaji ni kubwa zaidi kuliko kutoendelea kwa bendi ya valensi (ΔEc>>ΔEv). Ikilinganishwa na vifaa vya wingi vya InGaAs, kiwango cha ioni ya elektroni ya kisima cha quantum cha InGaAs/InAlAs (a) huongezeka kwa kiasi kikubwa, na elektroni na mashimo hupata nishati ya ziada. Kutokana na ΔEc>>ΔEv, inaweza kutarajiwa kwamba nishati inayopatikana na elektroni huongeza kiwango cha ioni ya elektroni zaidi ya mchango wa nishati ya shimo kwa kiwango cha ioni ya shimo (b). Uwiano (k) wa kiwango cha ioni ya elektroni kwa kiwango cha ioni ya shimo huongezeka. Kwa hivyo, bidhaa ya upana wa kipimo data cha juu (GBW) na utendaji wa kelele ya chini vinaweza kupatikana kwa kutumia miundo ya superlattice. Hata hivyo, muundo huu wa kisima cha quantum cha InGaAs/InAlAs APD, ambao unaweza kuongeza thamani ya k, ni vigumu kutumika kwa vipokezi vya macho. Hii ni kwa sababu kipengele cha kuzidisha kinachoathiri mwitikio wa juu zaidi kinapunguzwa na mkondo mweusi, si kelele ya kuzidisha. Katika muundo huu, mkondo mweusi husababishwa zaidi na athari ya handaki ya safu ya kisima cha InGaAs yenye pengo nyembamba la bendi, kwa hivyo kuanzishwa kwa aloi ya quaternary ya pengo pana la bendi, kama vile InGaAsP au InAlGaAs, badala ya InGaAs kama safu ya kisima cha muundo wa kisima cha quantum kunaweza kukandamiza mkondo mweusi.
Muda wa chapisho: Novemba-13-2023