Zasada i obecna sytuacjaFotodetektor lawinowy (APD fotodetektor) Część druga
2.2 Struktura chipów APD
Rozsądna struktura układów jest podstawową gwarancją urządzeń o wysokiej wydajności. Konstrukcja APD rozważa głównie stałą czasową RC, przechwytywanie otworów w heterozymentacji, czas tranzytu nośnika przez region wyczerpania i tak dalej. Rozwój jego struktury podsumowano poniżej:
(1) Podstawowa struktura
Najprostsza struktura APD oparta jest na fotodiodie pinu, region P i region N są mocno domieszkowane, a region podwójnie powtórzonego typu N lub P jest wprowadzany w sąsiednim regionie P lub regionie N w celu wygenerowania wtórnych elektronów i pary otworów, tak aby uświadomić im wzmocnienie pierwotnego fotopurnikacji. W przypadku materiałów serii INP, ponieważ współczynnik jonizacji uderzenia otworu jest większy niż współczynnik jonizacji wpływu elektronowego, region wzmocnienia domieszkowania typu N jest zwykle umieszczany w regionie P. W idealnej sytuacji tylko otwory są wstrzykiwane do regionu wzmocnienia, więc struktura ta nazywana jest strukturą wtryskowaną w otworze.
(2) Absorpcja i wzmocnienie są wyróżniane
Ze względu na szeroką charakterystykę przerwy pasmowej INP (INP wynosi 1,35ev, a Ingaas wynosi 0,75ev), INP jest zwykle stosowany jako materiał strefy wzmocnienia i Ingaas jako materiał strefy absorpcji.
(3) Struktury absorpcji, gradientu i wzmocnienia (SAGM) są odpowiednio
Obecnie większość komercyjnych urządzeń APD wykorzystuje materiał INP/Ingaas, Ingaas jako warstwę absorpcyjną, INP w polu wysokim elektrycznym (> 5x105 V/cm) bez rozpadu, może być stosowana jako materiał strefy wzmocnienia. W przypadku tego materiału projektem tego APD polega na tym, że proces lawiny powstaje w INP typu N przez kolizję otworów. Biorąc pod uwagę dużą różnicę w szczelinie pasmowej między INP i InGAAS, różnica poziomu energii około 0,4EV w paśmie walencyjnym powoduje, że otwory wygenerowane w warstwie absorpcji Ingaas utrudnionych na krawędzi heterOjunkcyjnej przed osiągnięciem warstwy mnożnika INP i prędkość jest znacznie zmniejszona, co powoduje długą odpowiedź i wąską pasmo APD. Problem ten można rozwiązać, dodając warstwę przejściową Ingaasp między dwoma materiałami.
(4) Struktury absorpcji, gradientu, ładunku i wzmocnienia (SAGCM) są odpowiednio
W celu dalszego dostosowania rozkładu pola elektrycznego warstwy absorpcyjnej i warstwy wzmocnienia warstwa ładunku jest wprowadzana do konstrukcji urządzenia, co znacznie poprawia prędkość i szybkość urządzenia.
(5) Struktura SAGCM wzmocniona rezonator (RCE)
W powyższym optymalnym projektowaniu tradycyjnych detektorów musimy stawić czoła faktowi, że grubość warstwy absorpcji jest sprzecznym czynnikiem prędkości urządzenia i wydajności kwantowej. Cienka grubość warstwy pochłaniającej może skrócić czas tranzytu nośnika, dzięki czemu można uzyskać dużą szerokość pasma. Jednak jednocześnie, aby uzyskać wyższą wydajność kwantową, warstwa absorpcyjna musi mieć wystarczającą grubość. Rozwiązaniem tego problemu może być struktura wnęki rezonansowej (RCE), to znaczy rozproszony reflektor Bragg (DBR) został zaprojektowany na dole i górnej części urządzenia. Lustro DBR składa się z dwóch rodzajów materiałów o niskim współczynniku załamania światła i wysokiego współczynnika załamania światła w strukturze, a oba rosną na przemian, a grubość każdej warstwy spełnia długość padającej fali światła 1/4 w półprzewodnik. Struktura rezonatora detektora może spełniać wymagania prędkości, grubość warstwy absorpcji może być bardzo cienka, a wydajność kwantowa elektronu zwiększa się po kilku odbiciach.
(6) Struktura falowodu sprzężona z krawędzi (WG-APD)
Innym rozwiązaniem rozwiązania sprzeczności różnych wpływu grubości warstwy absorpcji na prędkość urządzenia i wydajność kwantową jest wprowadzenie struktury falowodu sprzężonego z krawędzi. Ta struktura wchodzi z boku, ponieważ warstwa absorpcyjna jest bardzo długa, łatwo jest uzyskać wysoką wydajność kwantową, a jednocześnie warstwę absorpcji może być bardzo cienka, skracając czas tranzytu nośnika. Dlatego ta struktura rozwiązuje różną zależność szerokości pasma i wydajności od grubości warstwy absorpcji i oczekuje się, że osiągnie wysoką szybkość i wysoką wydajność kwantową APD. Proces WG-APD jest prostszy niż RCE APD, co eliminuje skomplikowany proces przygotowania lustra DBR. Dlatego jest bardziej wykonalne w polu praktycznym i nadaje się do wspólnego połączenia optycznego płaszczyzny.
3. Wniosek
Rozwój lawinyfotodetektorMateriały i urządzenia są sprawdzane. Szybkości jonizacji elektronowych i jonizacji materiałów INP są bliskie inale, co prowadzi do podwójnego procesu dwóch symbionów nośnych, co sprawia, że czas budowania lawiny dłużej i hałas wzrósł. W porównaniu z materiałami czystymi inalas, Ingaas (P) /inalas i w (Al) GAAS /inalas Struktury studni kwantowych mają zwiększony stosunek współczynników jonizacji kolizji, więc wydajność hałasu można znacznie zmienić. Pod względem struktury opracowano strukturę SAGCM wzmocnioną rezonator (RCE) i struktura falowodu sprzężona z krawędzi (WG-APD) w celu rozwiązania sprzeczności różnych skutków grubości warstwy absorpcji na prędkość urządzenia i wydajność kwantową. Ze względu na złożoność procesu należy dalej zbadać pełne praktyczne zastosowanie tych dwóch struktur.
Czas postu: 14.102.2023