Laburpena: Elur-jausien fotodetektagailuaren oinarrizko egitura eta funtzionamendu-printzipioa (APD fotodetektagailua) aurkezten dira, gailuaren egituraren bilakaera-prozesua aztertzen da, egungo ikerketa-egoera laburbiltzen da eta APDren etorkizuneko garapena prospektiboki aztertzen da.
1. Sarrera
Fotodetektagailua argi-seinaleak seinale elektriko bihurtzen dituen gailu bat da.erdieroaleen fotodetektagailua, fotoi erasotzaileak kitzikatutako foto-sortzaile tentsio aplikatuaren pean kanpoko zirkuituan sartzen da eta fotokorronte neurgarri bat sortzen du. Erantzukizun maximoan ere, PIN fotodiodo batek gehienez elektroi-zulo bikote bat baino ezin du sortu, hau da, barne-irabazirik gabeko gailu bat. Erantzukizun handiagoa lortzeko, elur-jausi fotodiodo bat (APD) erabil daiteke. APD-k fotokorrontean duen anplifikazio-efektua ionizazio-talkaren efektuan oinarritzen da. Baldintza jakin batzuetan, elektroi eta zulo azeleratuak energia nahikoa lor dezakete sarearekin talka egiteko eta elektroi-zulo bikote berri bat sortzeko. Prozesu hau kate-erreakzio bat da, beraz, argiaren xurgapenak sortutako elektroi-zulo bikoteak elektroi-zulo bikote kopuru handia sor dezake eta bigarren mailako fotokorronte handi bat osa dezake. Beraz, APD-k erantzun-ahalmen eta barne-irabazi handia du, eta horrek gailuaren seinale-zarata erlazioa hobetzen du. APD batez ere distantzia luzeko edo zuntz optikozko komunikazio-sistemetan erabiliko da, jasotako potentzia optikoan beste muga batzuekin. Gaur egun, gailu optikoen aditu asko oso baikorrak dira APDren etorkizunari buruz, eta uste dute APDren ikerketa beharrezkoa dela erlazionatutako arloen nazioarteko lehiakortasuna hobetzeko.
2. Garapen teknikoaelur-jausien fotodetektagailua(APD fotodetektagailua)
2.1 Materialak
(1)Si fotodetektagailua
Si materialen teknologia mikroelektronikaren arloan asko erabiltzen den teknologia heldua da, baina ez da egokia komunikazio optikoaren arloan orokorrean onartuta dauden 1,31 mm eta 1,55 mm-ko uhin-luzera tarteko gailuak prestatzeko.
(2) Ge
Ge APD-ren erantzun espektrala zuntz optikozko transmisioan galera txikiko eta dispertsio txikiko eskakizunetarako egokia den arren, prestaketa prozesuan zailtasun handiak daude. Gainera, Ge-ren elektroi eta zuloen ionizazio-tasa erlazioa () 1-etik gertu dago, beraz, zaila da errendimendu handiko APD gailuak prestatzea.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Metodo eraginkorra da In0.53Ga0.47As APDren argi-xurgapen geruza gisa eta InP biderkatzaile geruza gisa hautatzea. In0.53Ga0.47As materialaren xurgapen-pikoa 1.65 mm, 1.31 mm, 1.55 mm-koa da, eta uhin-luzera 104 cm-1 inguruko xurgapen-koefiziente altua da, eta gaur egun argi-detektagailuaren xurgapen-geruzarako hobetsitako materiala da.
(4)InGaAs fotodetektagailua/Barruanfotodetektagailu
InGaAsP argia xurgatzeko geruza gisa eta InP biderkatzaile geruza gisa hautatuz, 1-1,4 mm-ko erantzun-uhin-luzera, eraginkortasun kuantiko handia, iluntasun-korronte baxua eta elur-jausi-irabazi handia duen APD bat prestatu daiteke. Aleazio-osagai desberdinak hautatuz, uhin-luzera espezifikoetarako errendimendu onena lortzen da.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As materialak banda-tarte bat du (1.47eV) eta ez du 1.55 mm-ko uhin-luzera tartean xurgatzen. Badira ebidentziak In0.52Al0.48As epitaxial geruza meheak irabazi-ezaugarri hobeak lor ditzakeela InP baino biderkatzaile-geruza gisa elektroi-injekzio hutsaren baldintzapean.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs eta InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Materialen inpaktu-ionizazio-tasa APDren errendimenduan eragina duen faktore garrantzitsua da. Emaitzek erakusten dute biderkatzaile geruzaren talka-ionizazio-tasa hobetu daitekeela InGaAs (P) /InAlAs eta In (Al) GaAs/InAlAs supersare-egiturak sartuz. Supersare-egitura erabiliz, banda-ingeniaritzak artifizialki kontrola dezake eroapen-bandaren eta balentzia-bandaren balioen arteko banda-ertzaren eten asimetrikoa, eta ziurtatu dezake eroapen-bandaren eten asimetria balentzia-bandaren eten asimetria baino askoz handiagoa dela (ΔEc>>ΔEv). InGaAs materialekin alderatuta, InGaAs/InAlAs putzu kuantikoen elektroien ionizazio-tasa (a) nabarmen handitzen da, eta elektroiek eta zuloek energia gehigarria irabazten dute. ΔEc>>ΔEv dela eta, espero daiteke elektroiek lortutako energiak elektroien ionizazio-tasa askoz gehiago handitzea zuloen energiak zuloen ionizazio-tasari egiten dion ekarpena (b) baino. Elektroien ionizazio-tasaren eta zuloen ionizazio-tasaren arteko erlazioa (k) handitzen da. Beraz, irabazi-banda-zabalera handiko produktua (GBW) eta zarata txikiko errendimendua lor daitezke supersare-egiturak aplikatuz. Hala ere, InGaAs/InAlAs putzu kuantikoen egitura APD hau, k balioa handitu dezakeena, zaila da hargailu optikoetan aplikatzea. Hau gertatzen da erantzun maximoari eragiten dion biderkatzaile faktorea korronte ilunak mugatzen duelako, ez biderkatzaile zaratak. Egitura honetan, korronte iluna batez ere banda-tarte estua duen InGaAs putzu geruzaren tunel efektuak eragiten du, beraz, banda-tarte zabaleko aleazio kuaternario bat sartzeak, hala nola InGaAsP edo InAlGaAs, putzu kuantikoaren egituraren putzu-geruza gisa InGaAs-en ordez, korronte iluna kendu dezake.
Argitaratze data: 2023ko azaroaren 13a