Načelo i sadašnja situacijalavinski fotodetektor (APD fotodetektor) Drugi dio
2.2 Struktura APD čipa
Razumna struktura čipa osnovno je jamstvo uređaja visokih performansi.Strukturni dizajn APD-a uglavnom uzima u obzir RC vremensku konstantu, hvatanje rupa na heterospojnici, vrijeme prolaska nositelja kroz područje osiromašenja i tako dalje.Razvoj njegove strukture sažet je u nastavku:
(1) Osnovna struktura
Najjednostavnija APD struktura temelji se na PIN fotodiodi, P regija i N regija su jako dopirane, a N-tip ili P-tip dvostruko odbijajuće regije uveden je u susjednu P regiju ili N regiju za generiranje sekundarnih elektrona i rupa parova, kako bi se ostvarilo pojačanje primarne fotostruje.Za materijale serije InP, jer je koeficijent ionizacije udarom šupljine veći od koeficijenta ionizacije udarom elektrona, područje pojačanja dopinga N-tipa obično se nalazi u P području.U idealnoj situaciji, samo su rupe ubrizgane u područje pojačanja, pa se ova struktura naziva struktura s ubrizgavanjem rupa.
(2) Razlikuju se apsorpcija i dobitak
Zbog karakteristika širokog zabranjenog pojasa InP (InP je 1,35 eV, a InGaAs 0,75 eV), InP se obično koristi kao materijal za pojačanu zonu, a InGaAs kao materijal za apsorpcijsku zonu.
(3) Predložene su strukture apsorpcije, gradijenta i pojačanja (SAGM).
Trenutačno većina komercijalnih APD uređaja koristi InP/InGaAs materijal, InGaAs kao apsorpcijski sloj, InP pod jakim električnim poljem (>5x105V/cm) bez kvara, može se koristiti kao materijal zone pojačanja.Za ovaj materijal, dizajn ovog APD-a je da se lavinski proces formira u N-tipu InP sudarom rupa.Uzimajući u obzir veliku razliku u pojasnom pojasu između InP i InGaAs, razlika u razini energije od oko 0,4 eV u valentnom pojasu čini rupe generirane u apsorpcijskom sloju InGaAs zapriječenim na rubu heterospojnice prije nego što dosegnu InP multiplikativni sloj i brzina je uvelike smanjen, što rezultira dugim vremenom odziva i uskom propusnošću ovog APD-a.Ovaj se problem može riješiti dodavanjem prijelaznog sloja InGaAsP između dva materijala.
(4) Predložene su strukture apsorpcije, gradijenta, naboja i pojačanja (SAGCM).
Kako bi se dodatno prilagodila distribucija električnog polja apsorpcijskog sloja i sloja pojačanja, sloj naboja uvodi se u dizajn uređaja, što uvelike poboljšava brzinu i odziv uređaja.
(5) SAGCM struktura pojačana rezonatorom (RCE).
U gornjem optimalnom dizajnu tradicionalnih detektora, moramo se suočiti s činjenicom da je debljina apsorpcijskog sloja kontradiktoran faktor za brzinu uređaja i kvantnu učinkovitost.Mala debljina apsorbirajućeg sloja može smanjiti vrijeme prolaza nosača, tako da se može dobiti velika propusnost.Međutim, u isto vrijeme, da bi se postigla veća kvantna učinkovitost, apsorpcijski sloj treba imati dovoljnu debljinu.Rješenje ovog problema može biti struktura rezonantne šupljine (RCE), odnosno distribuirani Braggov reflektor (DBR) dizajniran je na dnu i vrhu uređaja.DBR zrcalo sastoji se od dvije vrste materijala s niskim indeksom loma i visokim indeksom loma u strukturi, a njih dvoje rastu naizmjenično, a debljina svakog sloja odgovara valnoj duljini upadne svjetlosti 1/4 u poluvodiču.Struktura rezonatora detektora može zadovoljiti zahtjeve brzine, debljina apsorpcijskog sloja može biti vrlo tanka, a kvantna učinkovitost elektrona se povećava nakon nekoliko refleksija.
(6) Rubno spregnuta valovodna struktura (WG-APD)
Drugo rješenje za rješavanje proturječja različitih učinaka debljine apsorpcijskog sloja na brzinu uređaja i kvantnu učinkovitost je uvođenje strukture valovoda spregnute po rubovima.Ova struktura ulazi u svjetlost sa strane, budući da je apsorpcijski sloj vrlo dugačak, lako je postići visoku kvantnu učinkovitost, au isto vrijeme, apsorpcijski sloj može biti vrlo tanak, smanjujući vrijeme prolaska nosača.Stoga ova struktura rješava različitu ovisnost širine pojasa i učinkovitosti o debljini apsorpcijskog sloja, te se očekuje postizanje visoke brzine i visoke kvantne učinkovitosti APD.Proces WG-APD je jednostavniji od procesa RCE APD, što eliminira komplicirani proces pripreme DBR ogledala.Stoga je izvediviji u praktičnom polju i prikladniji za optičko povezivanje zajedničke ravnine.
3. Zaključak
Razvoj lavinefotodetektorpregledavaju se materijali i uređaji.Stope ionizacije sudara elektrona i šupljina InP materijala bliske su onima InAlAs, što dovodi do dvostrukog procesa dvaju simbionskih nositelja, zbog čega je vrijeme izgradnje lavine dulje, a buka povećana.U usporedbi s čistim InAlAs materijalima, InGaAs (P) /InAlAs i In (Al) GaAs/InAlAs strukture kvantnih jama imaju povećani omjer koeficijenata ionizacije sudara, tako da se učinak buke može znatno promijeniti.Što se tiče strukture, SAGCM struktura poboljšana rezonatorom (RCE) i struktura valovoda spregnutih po rubovima (WG-APD) razvijene su kako bi se riješile kontradikcije različitih učinaka debljine apsorpcijskog sloja na brzinu uređaja i kvantnu učinkovitost.Zbog složenosti procesa potrebno je dodatno istražiti punu praktičnu primjenu ovih dviju struktura.
Vrijeme objave: 14. studenog 2023