Optik diagnostika uskunasida diodlarning javob tezligi qanchalik muhim?

1, Texnik printsip: Javob tezligining jismoniy mohiyati
Diyotning javob tezligi asosan foto ishlab chiqarilgan zaryad tashuvchilarni yaratish, uzatish va rekombinatsiya qilish jarayonlarini har tomonlama aks ettiradi. Foton energiyasi yarimo'tkazgich materialining tarmoqli kengligidan oshib ketganda, valentlik zonasi elektronlari o'tkazuvchanlik zonasiga o'tib, elektron teshik juftlarini hosil qiladi va o'rnatilgan elektr maydon ta'sirida fototokni hosil qiladi. Ushbu jarayon uchta asosiy vaqt parametrlarini o'z ichiga oladi:

Tashuvchini yaratish vaqti: Materialni yutish koeffitsientining ta'siri tufayli galyum arsenid (GaAs) kabi to'g'ridan-to'g'ri tarmoqli materiallari foton yutilishini va tashuvchini ishlab chiqarishni pikosekundlarda yakunlashi mumkin, kremniy kabi bilvosita tarmoqli materiallar esa nanosekundlarni talab qiladi.
Tashuvchining o'tish vaqti: PIN-diodlar ichki qatlam qalinligini optimallashtirish orqali tashuvchining tashish yo'lini mikrometre darajasiga qisqartiradi va indiy fosfidi InP kabi yuqori elektron harakatchanlik materiallari bilan o'tish vaqtini 10ps ichida boshqarish mumkin.
Birlashma sig'imining ta'siri: diodning parazit sig'imi RC kechikishini hosil qiladi. Heterounction strukturasi va sirt passivatsiyasi texnologiyasidan foydalangan holda, ulanish sig'imini 0,1pF dan pastga tushirish mumkin, bu esa yuqori chastotali javob qobiliyatini sezilarli darajada yaxshilaydi.
Misol tariqasida, lidar sinovida Tektronix osiloskopini qo'llashni oladigan bo'lsak, uning ko'chki fotodiodi (APD) ichki daromad mexanizmi orqali 1550 nm to'lqin uzunligida 0,5 ns javob vaqtiga erisha oladi va nanosekundlik lazer pulsining aylanish vaqtini aniq ushlab turishi mumkin, shuning uchun tizim 20 gigagertsli diapazonli diapazonni ta'minlaydi. 200 m masofada santimetr darajasida joylashishni aniqlash aniqligi.

2, Ilova stsenariysi: Tezlik tizim samaradorligini belgilaydi
1. Sanoatni avtomatlashtirish sinovlari
3C mahsulotlarining sirt nuqsonlarini aniqlashda chiziqli CCD kamerasi 0,1 soniya ichida A4 o'lchamdagi panellarning mikrometr darajasidagi nuqsonlarni aniqlashni yakunlash uchun 100 kHz chiziqli skanerlash chastotasi bilan birlashtirilgan javob vaqti 2 ns bo'lgan InGaAs fotodiod qatoridan foydalanadi. Yarimo'tkazgichli qadoqlash kompaniyasi 0,5 ns sezgir APD sensoriga yangilash orqali gofretni aniqlash qobiliyatini soatiga 300 gofretdan soatiga 800 gofretgacha ko'tardi, bu esa uskunaning umumiy samaradorligini (OEE) 37% ga oshirishga olib keldi.

2. Tibbiy tasvir diagnostikasi
OCT (Optik kogerentlik tomografiyasi) uskunasida muvozanatli detektor 0,3 ns javob vaqti bilan 1310 nm to'lqin uzunligida 15 m m eksenel ruxsatga erishib, ikkita PIN diodli differentsial strukturani qabul qiladi. Oftalmik OCT tizimini yangilashdan so'ng, retinaning o'n qatlamli tuzilishini aniq ajratish mumkin, bu diabet retinopatiyasini erta tashxislashning aniqligini 78% dan 92% gacha oshiradi.

3. Lazerli aloqa tizimi
100 Gbit/s optik modulda transimpedans kuchaytirgich (TIA) bilan birlashtirilgan PIN-diod 1550 nm to‘lqin uzunligida 0,8 ns javob vaqtiga erishib, ko‘zni ochish va yopish darajasi 80% dan yuqori bo‘lishini va bit xatolik darajasi (BER) 10 ¹² dan yaxshiroq bo‘lishini ta’minlaydi. Ma'lumotlar markazi ushbu texnologiyani bitta tolali uzatish quvvatini 40 Tbit / s dan 100 Tbit / s gacha oshirish uchun ishlatdi va bu birlik bit energiya sarfini 42% ga qisqartirdi.

4. Atrof-muhit monitoringi sohasi
LIDAR atmosferani aniqlash tizimida 0,2 ns javob vaqtiga ega APD massivi 532 nm lazer impulslari bilan birgalikda 20 km balandlik oralig'ida real-vaqtda aerozol kontsentratsiyasining taqsimlanishini kuzatish uchun ishlatiladi. Uskunani yangilagandan so'ng, meteorologiya bo'limi PM2.5 prognoz vaqtini 6 soatdan 24 soatgacha uzaytirdi va prognozning aniqligini 18 foiz punktga oshirdi.

3, Ishlashni optimallashtirish: ko'p o'lchovli texnologik yutuqlar
1. Moddiy yangilik
Galliy nitridi (GaN) asosidagi diodlar 405 nm to'lqin uzunligida 0,1 ns javob beradi, bu an'anaviy GaAs materiallaridan besh baravar yuqori. Ular ko'k rangli DVD o'qish boshlarida va suv ostidagi lazerli aloqada qo'llanilgan.
Kvant nuqta materiallari ko'p spektrli diagnostika talablariga javob beradigan tarmoqli kengligini sozlash orqali diod javobining to'lqin uzunligi diapazonini 300-2000 nm gacha kengaytiradi.
2. Strukturaviy optimallashtirish
Plazmon bilan mustahkamlangan sirt strukturasi 0,5 ns javob tezligini saqlab, metall nanozarrachalarning mahalliylashtirilgan maydonni kuchaytirish effekti orqali fotoelektrik konversiya samaradorligini 30% ga oshiradi.
3D integratsiya texnologiyasi diodlarni TIA chiplari bilan vertikal ravishda joylashtiradi, bu parazit sig'imni 60% ga kamaytiradi va modulning javob o'tkazish qobiliyati 30 GGts dan oshadi.
3. Jarayonni takomillashtirish
Molekulyar nur epitaksisi (MBE) texnologiyasi yarimo'tkazgich qatlamlarini atom darajasining tekisligi bilan tayyorlashni nazorat qilishi, qorong'u oqimni 0,1 nA ga kamaytirishi va signalning shovqin darajasini 20 dB ga oshirishi mumkin.
Chuqur reaktiv ionlarni o'chirish (DRIE) texnologiyasi mikro miqyosdagi strukturani qayta ishlashga erishadi, diodli ulanish sig'imini 0,05pF ga kamaytiradi va yuqori-chastota xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilaydi.