Az alapelv és a jelenlegi helyzetlavina fotodetektor (APD fotodetektor) Második rész
2.2 APD chipstruktúra
Az ésszerű chipszerkezet a nagy teljesítményű eszközök alapvető garanciája. Az APD szerkezeti kialakítása elsősorban az RC időállandóját, a lyuk rögzítését heterojunkciónál, a hordozó tranzitidejét a kimerülési régión keresztül és így tovább. A szerkezet fejlődését az alábbiakban foglaljuk össze:
(1) Alapszerkezet
A legegyszerűbb APD-szerkezet a PIN-fotodiodán alapul, a P-régió és az N régió erősen adalékolt, és az N-típusú vagy P-típusú kétszer repedésű régiót a szomszédos P régióban vagy N régióban vezetik be, hogy másodlagos elektronokat és lyukpárokat generáljanak, hogy megvalósítsák az elsődleges fénymirigy ampirigyének amplifikációját. Az INP sorozatú anyagok esetében, mivel a lyuk-ütközési ionizációs együttható nagyobb, mint az elektron-ütközési ionizációs együttható, az N-típusú dopping erősítési régiója általában a P régióban helyezkedik el. Ideális helyzetben csak lyukakat injektálnak a erősítő régióba, tehát ezt a szerkezetet lyuk-injektált szerkezetnek nevezzük.
(2) Az abszorpció és a nyereség megkülönböztethető
Az INP széles sávrés -jellemzői miatt (az INP 1,35EV, az Ingaas pedig 0,75EV), az INP -t általában az erősítési zóna anyagként, az Ingaas -t pedig az abszorpciós zóna anyagként használják.
(3) Javasoljuk az abszorpciós, a gradiens és a nyereség (SAGM) struktúrákat
Jelenleg a legtöbb kereskedelmi APD -eszköz az INP/InGAAS anyagot használja, az InGAAS -t abszorpciós rétegként, INP nagy elektromos mezőben (> 5x105V/cm) bontás nélkül, használható erősítő zóna anyagként. Ennek az anyagnak az APD-jének kialakítása az, hogy a lavina folyamat az N-típusú INP-ben a lyukak ütközésével alakul ki. Figyelembe véve az INP és az InGAAS közötti sávrés nagy különbségét, a valencia sávban kb. 0,4EV energiaszint -különbség miatt az InGaAS abszorpciós rétegben előállított lyukak akadályozzák a heterojunkció szélén, mielőtt elérnénk az INP multiplikerréteget, és a sebesség nagymértékben csökken, ez az APD hosszú válaszideje és keskeny sávszélessége. Ezt a problémát úgy lehet megoldani, hogy egy InGaASP átmeneti réteg hozzáadásával a két anyag közé tartozik.
(4) Javasoljuk az abszorpció, a gradiens, a töltés és a nyereség (SAGCM) struktúrákat
Az abszorpciós réteg és a nyereségréteg elektromos mező eloszlásának további beállításához a töltési réteget bevezetik az eszköz kialakításába, ami jelentősen javítja az eszköz sebességét és reakcióképességét.
(5) A rezonátor továbbfejlesztett (RCE) SAGCM szerkezete
A hagyományos detektorok fenti optimális kialakításában szembesülnünk kell azzal a ténnyel, hogy az abszorpciós réteg vastagsága ellentmondásos tényező az eszköz sebessége és a kvantumhatékonyság szempontjából. Az abszorbeáló réteg vékony vastagsága csökkentheti a hordozó tranzit idejét, így nagy sávszélességet lehet elérni. Ugyanakkor a nagyobb kvantumhatékonyság elérése érdekében az abszorpciós rétegnek elegendő vastagságúnak kell lennie. Ennek a problémának a megoldása lehet a rezonáns üreg (RCE) szerkezete, azaz az elosztott Bragg reflektor (DBR) az eszköz alján és tetején van kialakítva. A DBR tükör kétféle anyagból áll, alacsony törésmutatóval és nagy törésmutatóval, és a kettő váltakozva növekszik, és az egyes rétegek vastagsága megfelel a félvezető 1/4 fényhullámhossznak. Az érzékelő rezonátor szerkezete megfelel a sebességigénynek, az abszorpciós réteg vastagsága nagyon vékony lehet, és az elektron kvantumhatékonysága több reflexió után növekszik.
(6) Edge-kapcsolt hullámvezető szerkezet (WG-APD)
Egy másik megoldás az abszorpciós réteg vastagságának az eszköz sebességére és a kvantumhatékonyságra gyakorolt eltérő hatásainak ellentmondásának megoldására az élhez kapcsolt hullámvezető szerkezet bevezetése. Ez a szerkezet az oldalról fényre jut, mivel az abszorpciós réteg nagyon hosszú, könnyű nagy kvantumhatékonyságot elérni, és ugyanakkor az abszorpciós réteg nagyon vékonyvá válhat, csökkentve a hordozó tranzit idejét. Ezért ez a szerkezet megoldja a sávszélesség és a hatékonyság eltérő függőségét az abszorpciós réteg vastagságától, és várhatóan magas és magas kvantumhatékonysági APD -t fog elérni. A WG-APD folyamata egyszerűbb, mint az RCE APDé, amely kiküszöböli a DBR tükör bonyolult előkészítési folyamatát. Ezért a gyakorlati mezőben megvalósíthatóbb és a közös sík optikai csatlakozáshoz alkalmas.
3. Következtetés
A lavina fejlesztésefotodetektorAz anyagokat és eszközöket felülvizsgálják. Az INP -anyagok elektron- és lyuk -ütközési ionizációs sebessége közel áll az Inalashoz, ami a két hordozó szimbólumának kettős folyamatához vezet, ami hosszabbá teszi a lavina építési idejét, és a zaj növekedett. A tiszta inalas anyagokkal összehasonlítva az Ingaas (P) /inalas és az (Al) GaAS /Inalas kvantumkút struktúrák megnövekedett az ütközési ionizációs együtthatók aránya, így a zajteljesítmény jelentősen megváltoztatható. A szerkezet szempontjából a rezonátor továbbfejlesztett (RCE) SAGCM szerkezetét és az élhez kapcsolt hullámvezető szerkezetet (WG-APD) fejlesztették ki annak érdekében, hogy megoldjuk az abszorpciós réteg vastagságának eltérő hatásainak ellentmondásait az eszköz sebességére és a kvantumhatékonyságra. A folyamat bonyolultsága miatt e két struktúra teljes gyakorlati alkalmazását tovább kell vizsgálni.
A postai idő: november 14-2023