Princip a současná situaceA laviny fotodetektor (APD fotodetektor) Druhá část
2.2 Struktura čipu APD
Přiměřená struktura čipů je základní zárukou vysoce výkonných zařízení. Strukturální návrh APD zvažuje hlavně RC časovou konstantu, zachycení díry při heterojunkci, čas tranzitu nosiče prostřednictvím depleční oblasti atd. Rozvoj její struktury je shrnut níže:
(1) Základní struktura
Nejjednodušší struktura APD je založena na kolíkové fotodiodě, oblasti P a regionu N je silně dotováno a v sousední oblasti P nebo N oblasti N-typ typu N nebo p primární fotokurnty je zavedena n-typ nebo p-typ. U materiálů INP řady, protože koeficient ionizace ovlivňování otvoru je větší než ionizační koeficient ovlivňování elektronů, je v oblasti P obvykle umístěna oblast dopingu typu N. V ideální situaci jsou do oblasti zisku injikovány pouze otvory, takže tato struktura se nazývá struktura injekcí díry.
(2) Rozlišují absorpce a zisk
Vzhledem k charakteristikám Wide Band Gap of INP (INP je 1,35Ev a IngaAS je 0,75EV), INP se obvykle používá jako materiál zóny zisku a Ingaas jako materiál absorpční zóny.
(3) Jsou navrženy struktury absorpce, gradientu a zisku (SAGM)
V současné době většina komerčních zařízení APD používá materiál INP/Ingaas, Ingaas jako absorpční vrstva, INP pod vysokým elektrickým polem (> 5x105V/cm) bez rozpadu, lze použít jako materiál zóny zisku. Pro tento materiál je návrh tohoto APD, že lavinový proces je vytvořen v n-typu inp kolizí děr. Vzhledem k velkému rozdílu v mezeře pásma mezi INP a Ingaasem je rozdíl v energetické hladině asi 0,4EV ve valenčním pásmu způsobuje otvory generované v absorpční vrstvě IngaAS, které se objevily na okraji heterojunkční hrany před dosažením vrstvy multiplikátoru INP a rychlost je velmi zkrácena, což má za následek dlouhou dobu odezvy a úzkým šířkem pásma této APD. Tento problém lze vyřešit přidáním přechodové vrstvy INGAASP mezi dvěma materiály.
(4) Jsou navrženy struktury absorpce, gradientu, náboje a zisku (SAGCM)
Aby se dále upravilo distribuci elektrického pole absorpční vrstvy a vrstvy zisku, je vrstva náboje zavedena do návrhu zařízení, což výrazně zlepšuje rychlost a citlivost zařízení.
(5) Struktura SAGCM rezonátoru (RCE)
Ve výše uvedeném optimálním návrhu tradičních detektorů musíme čelit skutečnosti, že tloušťka absorpční vrstvy je protichůdným faktorem pro rychlost zařízení a kvantovou účinnost. Tenká tloušťka absorbující vrstvy může zkrátit dobu tranzitu nosiče, takže lze získat velkou šířku pásma. Současně však musí mít absorpční vrstva, aby se získala vyšší kvantová účinnost, mít dostatečnou tloušťku. Řešením tohoto problému může být struktura rezonanční dutiny (RCE), tj. Distribuovaný reflektor Bragg (DBR) je navržen ve spodní části a horní části zařízení. Zrcadlo DBR se skládá ze dvou druhů materiálů s nízkým indexem lomu a vysokým indexem lomu ve struktuře a oba rostou střídavě a tloušťka každé vrstvy splňuje vlnovou délku dopadajícího světla 1/4 v polovodiči. Struktura rezonátoru detektoru může splňovat požadavky na rychlost, tloušťka absorpční vrstvy může být velmi tenká a kvantová účinnost elektronu se po několika odrazů zvyšuje.
(6) Struktura vlnovodu vázaná na okraj (WG-APD)
Dalším řešením pro vyřešení rozporu různých účinků tloušťky absorpční vrstvy na rychlost a kvantovou účinnost je zavedení struktury vlnovodu spojené s hranou. Tato struktura vstupuje do světla ze strany, protože absorpční vrstva je velmi dlouhá, je snadné získat vysokou kvantovou účinnost a zároveň může být absorpční vrstva velmi tenká, což zkrátí dobu tranzitu nosiče. Tato struktura proto řeší různé závislosti šířky pásma a účinnosti na tloušťce absorpční vrstvy a očekává se, že dosáhne vysoké rychlosti a vysoké kvantové účinnosti APD. Proces WG-APD je jednodušší než proces RCE APD, který eliminuje komplikovaný proces přípravy DBR zrcadlu. Proto je v praktickém poli proveditelnější a je vhodné pro optické připojení k běžnému rovině.
3. závěr
Rozvoj lavinyfotodetektorMateriály a zařízení jsou přezkoumány. Míra ionizace elektronů a děr kolizních ionizace materiálů INP se blíží mírám Inalas, což vede k dvojímu procesu dvou symbionů nosičů, což prodlouží čas budování laviny a šum zvětšuje. Ve srovnání s čistými materiály inalas mají IngaAS (P) /Inalas a v (al) GaAs /Inalas Quantum Well struktury zvýšený poměr kolizních ionizačních koeficientů, takže šum lze výrazně změnit. Z hlediska struktury se vyvíjí struktura rezonátoru Enhanced (RCE) SAGCM a struktura vlnovodu spojená s okrajem (WG-APD), aby se vyřešily rozpory různých účinků tloušťky absorpční vrstvy na rychlost zařízení a kvantovou účinnost. Vzhledem ke složitosti procesu je třeba dále prozkoumat úplnou praktickou aplikaci těchto dvou struktur.
Čas příspěvku: Nov-14-2023