Princíp a súčasná situácialavínový fotodetektor (Fotodetektor APD) Druhá časť
2.2 Štruktúra čipov APD
Primeraná štruktúra čipu je základnou zárukou vysokovýkonných zariadení. Konštrukčný návrh APD zvažuje hlavne časovú konštantu RC, zachytenie otvorov pri heterojunkcii, čas tranzitu nosiča cez oblasť vyčerpania atď. Vývoj jej štruktúry je zhrnutý nižšie:
(1) Základná štruktúra
Najjednoduchšia štruktúra APD je založená na PIN fotodióde, oblasti p a N región sú silne dopované a v susednej p regióne P alebo N-type alebo P-type, aby sa dosiahla zosilnenie amplifikácie primárneho fotourrentu. V prípade materiálov série INP, pretože koeficient ionizačného dopadu na otvor je väčší ako koeficient ionizačného nárazu elektrónov, oblasť zisku dopingu N-typu sa zvyčajne umiestňuje do oblasti P. V ideálnej situácii sa do oblasti zisku vstrekujú iba diery, takže táto štruktúra sa nazýva štruktúra injektovaná otvor.
(2) Absorpcia a zisk sa rozlišujú
Vzhľadom na charakteristiky širokopásmovej medzery INP (INP je 1,35EV a InGAAS 0,75EV) sa INP zvyčajne používa ako materiál zóny zisku a InGA ako materiál absorpčnej zóny.
(3) sú navrhnuté štruktúry absorpcie, gradientu a zisku (SAGM)
V súčasnosti väčšina komerčných zariadení APD používa materiál INP/InGAAS, InGAA ako absorpčnú vrstvu, INP pod vysokým elektrickým poľom (> 5x105V/cm) bez rozpadu, sa môže použiť ako materiál zóny zisku. Pre tento materiál je návrhom tohto APD, že lavínové procesy sa tvoria v N-type INP kolíziou dier. Vzhľadom na veľký rozdiel v medzere v pásme medzi INP a InGAAS, rozdiel energetickej úrovne približne 0,4EV vo valenčnom pásme spôsobuje, že otvory generované v absorpčnej vrstve InGAAS, ktorá je v heterojjunkčnej hrane pred dosiahnutím multiplikačnej vrstvy INP, a rýchlosť je výrazne znížená, čo vedie k dlhej dobe odozvy a úzkym časom pásma tohto APD. Tento problém sa dá vyriešiť pridaním prechodnej vrstvy InGAASP medzi tieto dva materiály.
(4) sú navrhnuté štruktúry absorpcie, gradientu, náboja a zisku (SAGCM)
Aby sa ďalej upravovala distribúcia elektrického poľa absorpčnej vrstvy a vrstvy zisku, do návrhu zariadenia sa zavedie vrstva náboja, čo výrazne zlepšuje rýchlosť a citlivosť zariadenia.
(5) Štruktúra SAGCM vylepšená rezonátorom
Vo vyššie uvedenom optimálnom návrhu tradičných detektorov musíme čeliť skutočnosti, že hrúbka absorpčnej vrstvy je protichodným faktorom pre rýchlosť zariadenia a kvantovú účinnosť. Tenká hrúbka absorbujúcej vrstvy môže skrátiť čas tranzitu nosiča, takže je možné získať veľkú šírku pásma. Zároveň však musí mať absorpčnú vrstvu dostatočnú hrúbku. Riešením tohto problému môže byť štruktúra rezonančnej dutiny (RCE), to znamená, že distribuovaný Bragg Reflector (DBR) je navrhnutý v spodnej a hornej časti zariadenia. Zrkadlo DBR sa skladá z dvoch druhov materiálov s nízkym indexom lomu a vysokým indexom lomu v štruktúre a tieto dva rastú striedavo a hrúbka každej vrstvy spĺňa dopadajúcu vlnovú dĺžku svetla 1/4 v polovodiče. Štruktúra rezonátora detektora môže spĺňať požiadavky na rýchlosť, hrúbka absorpčnej vrstvy sa môže vyrobiť veľmi tenká a kvantová účinnosť elektrónu sa zvýši po niekoľkých odrazoch.
(6) Štruktúra vlnovodu spojenej s okrajmi (WG-APD)
Ďalším riešením na vyriešenie rozporu rôznych účinkov hrúbky absorpčnej vrstvy na rýchlosť zariadenia a kvantovú účinnosť je zavedenie vlnovodu spojenej s okrajom. Táto štruktúra vstupuje do svetla zo strany, pretože absorpčná vrstva je veľmi dlhá, je ľahké získať vysokú kvantovú účinnosť a zároveň môže byť absorpčná vrstva veľmi tenká, čím sa skráti čas tranzitu nosiča. Preto táto štruktúra rieši odlišnú závislosť šírky pásma a účinnosť na hrúbke absorpčnej vrstvy a očakáva sa, že dosiahne APD s vysokou rýchlosťou a vysokou kvantovou účinnosťou. Proces WG-APD je jednoduchší ako proces RCE APD, čo eliminuje komplikovaný proces prípravy DBR zrkadla. Preto je v praktickej oblasti uskutočniteľnejší a vhodný pre spoločné optické spojenie roviny.
3. Záver
Vývoj lavínyfotodetektorMateriály a zariadenia sa prehodnocujú. Miera ionizácie zrážok elektrónov a diery materiálov INP je blízko rýchlosti Inalas, čo vedie k dvojitému procesu dvoch symbiónov nosiča, ktorý predlých predlžuje čas výstavby lavíny a hluk sa zvýšil. V porovnaní s čistými materiálmi INALAS majú štruktúry Kvantových vrtov InGAAS (P) /Inalas a (Al) GaAS /Inalas kvantové vrstvy. Pokiaľ ide o štruktúru, vyvíjajú sa štruktúra SAGCM s vylepšenou rezonátormi (RCE) a vlnová štruktúra spojená s okrajmi (WG-APD), aby sa vyriešili rozpory rôznych účinkov hrúbky absorpčnej vrstvy na rýchlosť a kvantovú účinnosť. Z dôvodu zložitosti procesu je potrebné ďalej preskúmať úplné praktické uplatňovanie týchto dvoch štruktúr.
Čas príspevku: november-14-2023