Chuyên Đề : Nghiên cứu về quá trình thu quang các loại diode thu quang



 !
"#$%"#&'()**+,
-
)./+01
2034
!56789:17;3<=
+>? 
9/@A%BCD
/EF

EG>"HI%BCDJGE@K
L%-L%@%

/MN %@%-O(MOGP
1%@%
1%@%
QEM-O#GP-RE0.S (@ETUVW'/0.SXO# GPR(G>O(YMZ-*[(@%
\]B
).'@^ @%._@[-O#GP@%\-]B-MZ>`O#GP@#---H@%'C

;(Va(
a-@( 
bCMO@E
3GE@KM-@%
c%#/G

Độ đáp ứng:
Dòng quang điện tỉ lệ trực tiếp với công suất quang vào
Trong đó:

R - độ đáp ứng (độ nhạy) của nguồn thu (đơn vị: A/W)
. Hiệu suất l ợng tử:
Độ đáp ứng:
Hiệu suất chuyển đổi O/E. R tăng theo b ớc sóng.
c%#/G

^@(

. Sự phụ thuộc vào : liên quan đến hệ số hấp thụ

Giả sử lớp bán dẫn bọc lớp chống phản xạ công suất truyền qua lớp bán dẫn

. Công suất bị hấp thụ:

. Mỗi photon bị hấp thụ cặp e-h tự do đ ợc tạo ra Hiệu suất l ợng tử:

= 0 khi = 0 , 1 khi W >> 1.
c%#/G

Độ đáp ứng.
Sự phụ thuộc vào :
= 0 tại =
c
tăng khi giảm
lớn ~ 10
4
cm
-1

1 khi W ~ 10 àm

)
)
)b;
•
"OdA#'(GP(-'(GPRef'(GP(g--'(
•
h'(;-._-GP[((?-/'(H
/E@^ b;
•
`)(@^@.S@>.S"
Od-(iGB@%._(ggc"@%._.S@[-
/E@^
•
)'("Nc('@%./MZ@[-'(
•
Q*("0.S'/[Gj0.SXO# k%GP@
'R(-MZG>O(Y-c??*@%\lX">XP
•
3-MZ-[(@%\]B$- E@.S'(
•
).'@^ @%._'G'(@%\]BC#--
-@%E'(HI-XC
/E@^
CMB )b;
•
^^Xmn#N^-G^'("`@KC
%@KG-
•
>n(Y^-%i@BeB@^@(-@^ 
(

•
Qn0^(0%B@^MZ#
#@%_@`>`-
^^ '(
+k%E
•
+'k%G@P"O#cC$DE(.9-J@`@@.S%MO.S\S(o
> n(cfpgqp
•
+kG0._G>E_`DE(./@B'
•
b@.SElk%"O#$DE(.;=MRn"`r',gq#-P
@#G@.S%MO@%\
•
_`DE( -#@^^G0@.S%
m
µ
m
µ
Od>`cs(
•
h'(Ne@.Sct(e'(GPc(-'O#
@.SI@`MuO(Y'(
•
Sử dụng InGaAs làm lớp giữa InP làm lớp p và n bao quanh
•
Độ rộng vùng cấm InP là 1.35eV nên InP không hấp thụ ánh sáng có bước
sóng > 0.92 µm
•
Lớp InGaAs ở giữa hấp thuk mạnh bước sóng trong dải 1.3-1.6 µm

•
Cấu trúc dị thể kép loại bỏ thành phần khuếch tán do vậy tăng tốc độ đáp
ứng của photodiode
iL0 b;

. Nâng cao tính năng của PIN:

- Cấu trúc dị thể kép loại bỏ dòng khuyếch tán

- Hộp cộng h ởng F-P tăng hiệu suất l ợng tử

- Sử dụng ống dẫn sóng quang tăng hiệu suất l ợng tử, giảm điện dung kí sinh và điện trở nội
nối tiếp.
[Lcvk *MB(
)
)
O =b)
•
Có cấu trúc gần giống với diode PIN
•
APD có thêm lớp p được cấu tạo từ vật liệu loại p có điện trở
suất cao ,đóng vai trò vùng nhân.các cặp điện tử lỗ trống thứ cấp
được tạo ra ở vùng này nhờ hiện tượng ion hóa do va chạm
•
Lớp i vẫn đóng vai trò vùng hấp thụ tương tự như trong PIN
o@^
•
Ánh sáng đi vào APD qua lớp p+ mỏng hầu hết quá trình hấp thụ photon
đều sảy ra trong miền I
•

Giống như PIN các điện tử lỗ trống sinh ra sẽ dịch chuyển dưới tác dụng
của từ trường
•
Tại miền nhân do điện trở suất cao nên hình thành 1 vùng điện trường lớn
tại tiếp giáp p-n+ .các điện tử lỗ trống khi gặp miền này tăng tốc va đập vào
các nguyên tử của bán dẫn tạo ra các cặp điện tử lỗ trống thứ cấp thông qua
quá trình ion hóa do va chạm
Nguyên lý hoạt động
•
Quá trình này làm tăng dòng điện ngoài cũng như là tăng độ nhạy
của APD
•
Điều kiện để sảy ra hiện tượng ion hóa điện trường trong vùng
nhân phải gần với mức đánh thủng zener,với Si ngưỡng khoảng 10
5

V/cm
•
Các hạt tải điện thứ cấp qua miền điện trường lớn lại tăng tốc và
có đủ dộng năng để tạo ra các điện tử lỗ trống mới.đó chính là hiệu
ứng thác lũ
Vïng nh©n
#MB =b)

Tốc độ sinh hạt tải mới đ ợc đặc tr ng bởi các hệ số ion hoá do va chạm
e
,
h

Trong ú c

e
gi l tc ion húa do in t gõy ra

h
gi l tc ion húa do l trụng gõy ra

H s khuch i dũng ca APD cú th tớnh toỏn c thụng qua hai phng trỡnh tc liờn quan
ti vựng nhõn nh sau
hhee
h
hhee
e
ii
dx
di
ii
dx
di


+=
+=

Dũng tng
)()( xixiI
he
+=
#MB =b)
•
1%MBcE@H

•
Q
•
Q
•
=b)B._I[
•
6-*-# @%((i$-(@.SIS(o
•
!^@(
•
9$(Y^%MBcE@MB

_`DE(%Y
AeA
A
e
e
KdK
K
i
di
M
−−−
−
==
))1(exp(
1
0
α

e
h
A
K
α
α
=
0=h
α
)exp( dM
e
α
=
he
αα
=
1
)1exp(
−
−= dM
e
α
he
αα
>>
he
αα
<<
2/12
00

])(1[)(
−
+= MMM
e
ωτω
0
τ
)/( hvqMMRR
APD
η
==
#MB =b)
•
9$(Y^%MBcE@MB
•
Q
•
E@d
•
6^MB?Y
he
αα
>
)1~(
0 AtrAA
CKC
ττ
=
trrc
ττ

<<
1
0
)2(
−
Π=∆ Mf
e
τ
[L *MB=b)(KGE
Bảng đặc tính củ 1 số diode APD phổ biến
Các photodiode APD làm từ Si có hệ số nhân cao với mức nhiễu thấp và cân bằng.nên loại này được sử dụng phổ
biến trong các hệ thông thông tin sợi quang ở bước sóng 0.85 µm với tốc độ 100Mbits/s.
Với bước sóng 1.3-1.6 µm sử dụng Apd làm từ Ge và InGaAs