قار كۆچكۈنى فوتوئېدكتور (APD فوتودوكتۇر) نىڭ پرىنسىپى ۋە ھازىرقى ئەھۋالى

قىسقىچە مەزمۇنى: قار كۆچۈش فوتوئېلېكتورنىڭ ئاساسىي قۇرۇلمىسى ۋە خىزمەت پرىنسىپى (APD فوتوگراف) تونۇشتۇرۇلدى ، ئۈسكۈنە قۇرۇلمىسىنىڭ تەدرىجىي تەرەققىيات جەريانى ئانالىز قىلىندى ، نۆۋەتتىكى تەتقىقات ئەھۋالى خۇلاسىلەندى ، APD نىڭ كەلگۈسى تەرەققىياتى كەلگۈسى تەتقىق قىلىنىدۇ.

1. تونۇشتۇرۇش
فوتوئاكتىپ نۇر نۇر سىگنالىنى ئېلېكتر سىگنالىغا ئايلاندۇرىدىغان ئۈسكۈنىدۇر. Aيېرىم ئۆتكۈزگۈچ فوتوگراف، ۋەقە يۈز بەرگەن فوتون ھاياجانلانغان سۈرەت ھاسىل قىلغان توشۇغۇچى قوللىنىلغان يان بېسىش بېسىمى ئاستىدا تاشقى توك يولىغا كىرىپ ، ئۆلچەملىك نۇر تارتقۇچ ھاسىل قىلىدۇ. ئەڭ يۇقىرى ئىنكاس قايتۇرۇشچانلىقىدىمۇ ، PIN فوتودىئودى ئەڭ كۆپ بولغاندا پەقەت بىر جۈپ ئېلېكترونلۇق تۆشۈك جۈپ ھاسىل قىلالايدۇ ، بۇ ئىچكى پايدا ئالمايدىغان ئۈسكۈنە. تېخىمۇ كۈچلۈك ئىنكاس قايتۇرۇش ئۈچۈن ، قار كۆچۈش فودىئودى (APD) نى ئىشلىتىشكە بولىدۇ. APD نىڭ فوتوئاكتىپ نۇرغا بولغان كۈچەيتىش رولى ئىئون سوقۇلۇش ئۈنۈمىنى ئاساس قىلىدۇ. مەلۇم شارائىتتا ، تېزلىتىلگەن ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەر يېتەرلىك ئېنېرگىيەگە ئېرىشىپ ، رېشاتكا بىلەن سوقۇلۇپ يېڭى بىر جۈپ ئېلېكترون تۆشۈك ھاسىل قىلالايدۇ. بۇ جەريان زەنجىرسىمان ئىنكاس بولۇپ ، نۇر سۈمۈرۈلۈشتىن ھاسىل بولغان بىر جۈپ ئېلېكترون تۆشۈك جۈپلىرى نۇرغۇن ئېلېكترونلۇق تۆشۈك جۈپ ھاسىل قىلىپ ، چوڭ ئىككىلەمچى فوتو نۇر ھاسىل قىلالايدۇ. شۇڭلاشقا ، APD نىڭ ئىنكاسچانلىقى ۋە ئىچكى پايدىسى يۇقىرى بولۇپ ، ئۈسكۈنىنىڭ سىگنال بىلەن شاۋقۇن نىسبىتىنى ئۆستۈرىدۇ. APD ئاساسلىقى يىراق مۇساپىلىك ياكى كىچىكرەك ئوپتىك تالالىق ئالاقە سىستېمىسىدا ئىشلىتىلىدۇ ، قوبۇل قىلىنغان ئوپتىكىلىق قۇۋۋەتنىڭ باشقا چەكلىمىلىرى بار. ھازىر نۇرغۇنلىغان ئوپتىكىلىق ئۈسكۈنىلەر مۇتەخەسسىسلىرى APD نىڭ ئىستىقبالىغا ئىنتايىن ئۈمىدۋار ، ھەمدە APD تەتقىقاتى مۇناسىۋەتلىك ساھەلەرنىڭ خەلقئارا رىقابەت كۈچىنى ئاشۇرۇش ئۈچۈن زۆرۈر دەپ قارايدۇ.

2. تېخنىكىلىق تەرەققىياتقار كۆچكۈنى فوتوگراف(APD فوتوگراف)

2.1 ماتېرىيال
(1)Si Photodetector
سى ماتېرىيال تېخنىكىسى پىشىپ يېتىلگەن تېخنىكا بولۇپ ، مىكرو ئېلېكترون ساھەسىدە كەڭ قوللىنىلىدۇ ، ئەمما ئوپتىكىلىق ئالاقە ساھەسىدە ئادەتتە قوبۇل قىلىنىدىغان دولقۇن ئۇزۇنلۇقى 1.31mm ۋە 1.55mm بولغان ئۈسكۈنىلەرنى تەييارلاشقا ماس كەلمەيدۇ.

(2) Ge
گەرچە Ge APD نىڭ سپېكترا ئىنكاسى ئوپتىك تالا يەتكۈزۈشتە تۆۋەن زىيان ۋە تۆۋەن تارقىلىش تەلىپىگە ماس كەلسىمۇ ، تەييارلىق جەريانىدا زور قىيىنچىلىقلار بار. بۇنىڭدىن باشقا ، Ge نىڭ ئېلېكترون ۋە تۆشۈك ئىئونلاشتۇرۇش نىسبىتى نىسبىتى () 1 گە يېقىن ، شۇڭا يۇقىرى ئىقتىدارلىق APD ئۈسكۈنىلىرىنى تەييارلاش تەس.

(3) In0.53Ga0.47As / InP
In0.53Ga0.47As نى APD ۋە InP نىڭ نۇر سۈمۈرگۈچ قەۋىتى قىلىپ كۆپەيتىش قەۋىتى قىلىپ تاللاش ئۈنۈملۈك ئۇسۇل. In0.53Ga0.47A نىڭ سۈمۈرۈلۈش چوققىسى 1.65 مىللىمېتىر ، 1.31 مىللىمېتىر ، 1.55 مىللىمېتىر دولقۇن ئۇزۇنلۇقى تەخمىنەن 104cm-1 يۇقىرى سۈمۈرۈلۈش كوئېففىتسېنتى ، بۇ ھازىر نۇر تەكشۈرگۈچنىڭ سۈمۈرۈلۈش قەۋىتىدىكى ئەڭ ياخشى ماتېرىيال.

(4)InGaAs فوتوگراف/ InPhotodetector
InGaAsP نى نۇر سۈمۈرگۈچ قەۋەت قىلىپ ، InP نى كۆپەيتىش قەۋىتى قىلىپ تاللىغاندا ، ئىنكاس دولقۇنىنىڭ ئۇزۇنلۇقى 1-1.4 مىللىمېتىر ، يۇقىرى كىۋانت ئۈنۈمى ، تۆۋەن قاراڭغۇ توك ۋە قار كۆچۈشنىڭ يۇقىرى دولقۇنى بولغان APD نى تەييارلىغىلى بولىدۇ. ئوخشىمىغان قېتىشمىلىق زاپچاسلارنى تاللاش ئارقىلىق ، ئالاھىدە دولقۇن ئۇزۇنلۇقى ئۈچۈن ئەڭ ياخشى ئۈنۈمگە ئېرىشىدۇ.

(5) InGaAs / InAlAs
In0.52Al0.48As ماتېرىيالىنىڭ بەلۋاغ پەرقى (1.47eV) بولۇپ ، دولقۇن ئۇزۇنلۇقى 1.55mm غا سۈمۈرۈلمەيدۇ. نېپىز In0.52Al0.48A ئېپتاكسىمان قەۋىتىنىڭ ساپ ئېلېكترونلۇق ئوكۇل شەرتى ئاستىدا كۆپەيتىش قەۋىتى سۈپىتىدە InP غا قارىغاندا تېخىمۇ ياخشى ئېرىشىش ئالاھىدىلىكىگە ئېرىشەلەيدىغانلىقىغا ئائىت پاكىتلار بار.

(6) InGaAs / InGaAs (P) / InAlAs ۋە InGaAs / In (Al) GaAs / InAlAs
ماتېرىياللارنىڭ تەسىر ئىئونلاشتۇرۇش نىسبىتى APD نىڭ ئىقتىدارىغا تەسىر كۆرسىتىدىغان مۇھىم ئامىل. نەتىجىدە كۆرسىتىلىشىچە ، InGaAs (P) / InAlAs ۋە In (Al) GaAs / InAlAs دەرىجىدىن تاشقىرى قۇرۇلما قۇرۇلمىسىنى تونۇشتۇرۇش ئارقىلىق كۆپەيتكۈچ قەۋىتىنىڭ سوقۇلۇش ئىئونلاشتۇرۇش نىسبىتىنى يۇقىرى كۆتۈرگىلى بولىدۇ. ئادەتتىن تاشقىرى قۇرۇلمىنى ئىشلىتىش ئارقىلىق ، بەلۋاغ قۇرۇلۇشى سۈنئىي ئۇسۇلدا ئۆتكۈزگۈچ بەلۋاغ بىلەن ۋالېنس بەلۋاغ قىممىتى ئارىسىدىكى سىممېترىك بەلۋاغنىڭ ئۈزۈلۈپ قېلىشىنى سۈنئىي كونترول قىلالايدۇ ھەمدە ئۆتكۈزگۈچ بەلۋاغنىڭ ئۈزۈلۈپ قېلىشىنىڭ ۋالېنس بەلبېغىنىڭ ئۈزۈلۈپ قېلىشىدىن چوڭ بولۇشىغا كاپالەتلىك قىلالايدۇ (ΔEc >> ΔEv). InGaAs توپ ماتېرىياللىرىغا سېلىشتۇرغاندا ، InGaAs / InAlAs كىۋانت قۇدۇقىنىڭ ئېلېكترون ئىئونلاشتۇرۇش نىسبىتى (a) كۆرۈنەرلىك يۇقىرى كۆتۈرۈلۈپ ، ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەر تېخىمۇ كۆپ ئېنېرگىيەگە ئېرىشىدۇ. ΔEc >> ΔEv سەۋەبىدىن ، ئېلېكترون ئېرىشكەن ئېنېرگىيەنىڭ ئېلېكترون ئىئونلاشتۇرۇش نىسبىتىنى تۆشۈك ئېنېرگىيىسىنىڭ تۆشۈك ئىئونلاشتۇرۇش نىسبىتى (b) گە قوشقان تۆھپىسىدىن كۆپ ئاشۇرۇۋېتىدىغانلىقىنى مۆلچەرلەشكە بولىدۇ. ئېلېكترون ئىئونلاشتۇرۇش نىسبىتىنىڭ تۆشۈك ئىئونلاشتۇرۇش نىسبىتى بىلەن بولغان نىسبىتى ئۆسىدۇ. شۇڭلاشقا ، يۇقىرى سۈرئەتلىك كەڭ بەلۋاغلىق مەھسۇلات (GBW) ۋە تۆۋەن شاۋقۇن ئۈنۈمى دەرىجىدىن تاشقىرى قۇرۇلمىلارنى ئىشلىتىش ئارقىلىق ئېرىشكىلى بولىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، k قىممىتىنى ئاشۇرالايدىغان بۇ InGaAs / InAlAs كىۋانت قۇدۇق قۇرۇلمىسى APD ئوپتىكىلىق قوبۇللىغۇچقا ئىشلىتىش تەس. چۈنكى ، ئەڭ يۇقىرى ئىنكاسچانلىققا تەسىر كۆرسىتىدىغان كۆپەيتكۈچ ئامىل كۆپەيتكۈچ شاۋقۇنى ئەمەس ، بەلكى قاراڭغۇ توك بىلەن چەكلىنىدۇ. بۇ قۇرۇلمىدا ، قاراڭغۇ توك ئاساسلىقى InGaAs قۇدۇق قەۋىتىنىڭ تونىل ئېففېكتى بىلەن تار بەلۋاغ پەرقى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ ، شۇڭا InGaAs ياكى قۇدۇق قەۋىتىنىڭ ئورنىغا InGaAsP ياكى InAlGaAs غا ئوخشاش كەڭ بەلۋاغلىق بوشلۇق تۆت خىل قېتىشمىسى بارلىققا كېلىدۇ. كىۋانت قۇدۇق قۇرۇلمىسى قاراڭغۇ توكنى باسالايدۇ.