Geàrr-chunntas: Am bun-structar agus prionnsabal obrach lorgaire-sneachda (Lorgaire-foto APD) air an toirt a-steach, air a sgrùdadh mar a tha structar an uidheim air a leasachadh, air a gheàrr-chunntas air inbhe an rannsachaidh làithreach, agus air leasachadh APD san àm ri teachd air a sgrùdadh ro-shealladhach.
1. Ro-ràdh
'S e inneal a th' ann am foto-lorgaire a thionndaidheas comharran solais gu comharran dealain.lorgaire-foto leth-chonnsachaidh, bidh an giùlan a chaidh a chruthachadh leis an dealbh, air a bhrosnachadh leis a’ foton a tha a’ tachairt, a’ dol a-steach don chuairt taobh a-muigh fon bholtaids claonaidh a chaidh a chur an sàs agus a’ cruthachadh sruth-foto a ghabhas tomhas. Fiù ‘s aig an fhreagairt as àirde, chan urrainn dha foto-diode PIN ach paidhir de chàraidean toll-dealanach a thoirt gu buil aig a’ char as motha, agus is e sin inneal às aonais buannachd a-staigh. Airson freagairteachd nas fheàrr, faodar foto-diode avalanche (APD) a chleachdadh. Tha buaidh leudachaidh APD air sruth-foto stèidhichte air buaidh bualadh ianachaidh. Fo chumhachan sònraichte, faodaidh na dealtronan agus na tuill a tha air an luathachadh lùth gu leòr fhaighinn gus bualadh ris a’ chliath-loidhne gus paidhir ùr de chàraidean toll-dealanach a thoirt gu buil. Tha am pròiseas seo na ath-bhualadh slabhraidh, gus an urrainn don phaidhir de chàraidean toll-dealanach a chaidh a chruthachadh le gabhail a-steach solais àireamh mhòr de chàraidean toll-dealanach a thoirt gu buil agus sruth-foto àrd-sgoile mòr a chruthachadh. Mar sin, tha freagairteachd àrd agus buannachd a-staigh aig APD, a leasaicheas co-mheas comharra-gu-fuaim an inneil. Thèid APD a chleachdadh sa mhòr-chuid ann an siostaman conaltraidh snàithleach optigeach fad-astar no nas lugha le cuingealachaidhean eile air a’ chumhachd optigeach a gheibhear. An-dràsta, tha mòran eòlaichean innealan optaigeach glè dhòchasach mu chothroman APD, agus tha iad den bheachd gu bheil feum air rannsachadh APD gus farpaiseachd eadar-nàiseanta raointean co-cheangailte a neartachadh.
2. Leasachadh teicnigeachlorgaire-foto maoim-sneachda(Lorgaire-foto APD)
2.1 Stuthan
(1)Lorgaire-foto Si
Tha teicneòlas stuthan Si na theicneòlas aibidh a thathas a’ cleachdadh gu farsaing ann an raon meanbh-eileagtronaigeachd, ach chan eil e freagarrach airson innealan ullachadh anns an raon tonn-fhaid 1.31mm agus 1.55mm a thathas a’ gabhail ris san fharsaingeachd ann an raon conaltraidh optigeach.
(2)Ge
Ged a tha freagairt speactram Ge APD freagarrach airson riatanasan call ìosal agus sgapadh ìosal ann an tar-chur snàithleach optaigeach, tha duilgheadasan mòra ann am pròiseas ullachaidh. A bharrachd air an sin, tha co-mheas ìre ianachaidh electron is toll Ge faisg air () 1, agus mar sin tha e duilich innealan APD àrd-choileanaidh ullachadh.
(3) Ann an 0.53Ga 0.47As/InP
’S e dòigh èifeachdach a th’ ann In0.53Ga0.47As a thaghadh mar an t-sreath glacaidh solais de APD agus InP mar an t-sreath iomadachaidh. Tha àirde glacaidh stuth In0.53Ga0.47As 1.65mm, 1.31mm, tonn-fhaid 1.55mm mu 104cm-1 agus ’s e sin an stuth as fheàrr airson sreath glacaidh lorgaire solais an-dràsta.
(4)Lorgaire-foto InGaAs/A-steachlorgaire-foto
Le bhith a’ taghadh InGaAsP mar an t-sreath a ghabhas a-steach solas agus InP mar an t-sreath iomadachaidh, faodar APD le tonn-fhaid freagairt de 1-1.4mm, èifeachdas cuantamach àrd, sruth dorcha ìosal agus buannachd àrd maoim-sneachda ullachadh. Le bhith a’ taghadh diofar phàirtean aloidh, gheibhear an coileanadh as fheàrr airson tonn-fhaid sònraichte.
(5) InGaAs/InAlAs
Tha beàrn còmhlain (1.47eV) aig stuth In0.52Al0.48As agus chan eil e a’ gabhail a-steach aig raon tonn-fhaid 1.55mm. Tha fianais ann gum faod sreath tana epitaxial In0.52Al0.48As feartan buannachd nas fheàrr fhaighinn na InP mar shreath iomadachaidh fo chumha stealladh dealanach fìor-ghlan.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs agus InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Tha ìre ianachaidh buaidh stuthan na fheart cudromach a bheir buaidh air coileanadh APD. Tha na toraidhean a’ sealltainn gum faodar ìre ianachaidh bualadh an t-sreath iomadachaidh a leasachadh le bhith a’ toirt a-steach structaran superlattice InGaAs (P) /InAlAs agus In (Al) GaAs/InAlAs. Le bhith a’ cleachdadh an structar superlattice, faodaidh innleadaireachd a’ chòmhlain smachd a chumail gu saorga air neo-leantainneachd oir a’ chòmhlain neo-chothromach eadar luachan a’ chòmhlain giùlain agus a’ chòmhlain valens, agus dèanamh cinnteach gu bheil neo-leantainneachd a’ chòmhlain giùlain mòran nas motha na neo-leantainneachd a’ chòmhlain valens (ΔEc>>ΔEv). An coimeas ri stuthan mòra InGaAs, tha ìre ianachaidh electron tobar cuantamach InGaAs/InAlAs (a) air a mheudachadh gu mòr, agus bidh electronan agus tuill a’ faighinn lùth a bharrachd. Air sgàth ΔEc>>ΔEv, faodar a bhith an dùil gum bi an lùth a gheibh electronan ag àrdachadh ìre ianachaidh electron mòran nas motha na tabhartas lùth toll gu ìre ianachaidh toll (b). Bidh an co-mheas (k) de ìre ianachaidh electron gu ìre ianachaidh toll ag àrdachadh. Mar sin, gheibhear toradh leud-bann buannachd àrd (GBW) agus coileanadh fuaim ìosal le bhith a’ cleachdadh structaran superlattice. Ach, tha e duilich an APD structar tobair cuantamach InGaAs/InAlAs seo, a dh’ fhaodadh luach k a mheudachadh, a chur an sàs ann an gabhadairean optigeach. Tha seo air sgàth gu bheil am factar iomadachaidh a bheir buaidh air an fhreagairt as motha air a chuingealachadh leis an t-sruth dhorcha, chan e fuaim an iomadachaidh. Anns an structar seo, tha an sruth dorcha air adhbhrachadh sa mhòr-chuid le buaidh tunail sreath tobair InGaAs le beàrn còmhlan cumhang, agus mar sin faodaidh toirt a-steach aloidh ceathramh beàrn còmhlan farsaing, leithid InGaAsP no InAlGaAs, an àite InGaAs mar shreath tobair structar tobair cuantamach an sruth dhorcha a chumail fodha.
Àm puist: 13 dhen t-Samhain 2023