Põhimõte ja praegune olukordlaviini fotodetektor (APD fotodetektor) Teine osa
2.2 APD kiibi struktuur
Mõistlik kiibistruktuur on kõrgjõudlusega seadmete põhitagatis. APD konstruktsiooniline disain arvestab peamiselt RC ajakonstanti, aukude hõivamist heterojunktsioonil, kandja transiidiaega läbi kahanemispiirkonna jne. Selle struktuuri areng on kokku võetud allpool:
(1) Põhistruktuur
Lihtsaim APD-struktuur põhineb tihvti fotodioodil, P-piirkond ja N piirkond on tugevalt legeeritud ning N-tüüpi või P-tüüpi kahekordselt hüppelisendi piirkond tutvustatakse külgnevas P piirkonnas või N piirkonnas, et genereerida sekundaarseid elektrone ja augupaari, et realiseerida primaarse fotoastme amplifikatsioon. INP-seeria materjalide puhul, kuna aukude ionisatsiooni koefitsient on suurem kui elektronide mõju ionisatsiooni koefitsient, paigutatakse N-tüüpi dopingu võimenduspiirkond tavaliselt P piirkonda. Ideaalses olukorras süstitakse võimenduspiirkonda ainult augud, nii et seda struktuuri nimetatakse auku süstitud struktuuriks.
(2) Imendumine ja võimendus eristatakse
INP laia riba lõhe omaduste tõttu (INP on 1,35EV ja InGAAs on 0,75EV) kasutatakse INP -d tavaliselt võimendustsooni materjalina ja inGAA -dena neeldumistsooni materjalina.
(3) Imandumine, gradient ja võimenduse (SAGM) struktuurid on välja pakutud vastavalt
Praegu kasutab enamikul kommerts APD -seadmetel INP/InGAAS -i materjali, neeldumiskihina InGAA -sid, INP kõrge elektrivälja all (> 5x105 V/cm) ilma jaotuseta, kasutada võimenduse tsooni materjalina. Selle materjali jaoks on selle APD kujundus see, et N-tüüpi INP-s moodustatakse laviiniprotsess aukude kokkupõrke abil. Arvestades ribaühenduse suurt erinevust INP ja InGAAS -i vahel, muudab valentsusriba energiataseme erinevus umbes 0,4EV -s heteroJunci servas takistatud InGAAS -i neeldumiskihis genereeritud augud enne INP -kordistaja kihti jõudmist ja kiiruse vähendamist vähendatakse oluliselt, mille tulemuseks on pika reageerimise aeg ja kitsas riba. Selle probleemi saab lahendada, lisades kahe materjali vahele IngaasP üleminekukihi.
(4) Pakutakse välja vastavalt neeldumine, gradient, laeng ja võimendus (SAGCM) struktuurid
Neeldumiskihi ja võimenduskihi elektrivälja jaotuse edasiseks reguleerimiseks viidi laengukiht seadme kujundusse, mis parandab oluliselt seadme kiirust ja reageerimisvõimet.
(5) Resonaatori täiustatud (RCE) SAGCM -i struktuur
Ülaltoodud traditsiooniliste detektorite optimaalses disainis peame silmitsi seisma sellega, et neeldumiskihi paksus on seadme kiiruse ja kvanttõhususe vastuoluline tegur. Absorbeeriva kihi õhuke paksus võib vähendada kandja transiidi aega, nii et saab suure ribalaiuse. Kuid samal ajal peab suurema kvanttõhususe saavutamiseks neeldumiskihil olema piisav paksus. Selle probleemi lahendus võib olla resonantsõõnsuse (RCE) struktuur, see tähendab, et jaotatud Braggi reflektor (DBR) on mõeldud seadme all ja ülaosas. DBR -peegel koosneb kahte tüüpi materjalidest, mille struktuur on madala murdumisnäitaja ja kõrge murdumisnäitaja ning kaks kasvavad vaheldumisi ning iga kihi paksus vastab pooljuhis langeva valguse lainepikkusele 1/4. Detektori resonaatori struktuur suudab vastata kiirusevajadustele, neeldumiskihi paksust saab teha väga õhukeseks ja elektroni kvanttõhususeks suureneb pärast mitut peegeldust.
(6) servaga seotud lainejuhi struktuur (WG-APD)
Veel üks lahendus neeldumiskihi paksuse erinevate mõjude vastuolu lahendamiseks seadme kiirusele ja kvanttõhususele on servaga seotud lainejuhi struktuuri tutvustamine. See struktuur siseneb küljelt valgusesse, kuna neeldumiskiht on väga pikk, seda on lihtne saada suurt kvanttõhusust ja samal ajal saab neeldumiskihti muuta väga õhukeseks, vähendades kanduri transiidiaega. Seetõttu lahendab see struktuur ribalaiuse erineva sõltuvuse ja efektiivsuse neeldumiskihi paksusest ning eeldatakse, et see saavutab kõrge kiiruse ja kõrge kvanttõhususega APD. WG-APD protsess on lihtsam kui RCE APD protsess, mis välistab DBR-peegli keeruka ettevalmistamise protsessi. Seetõttu on see praktilises valdkonnas teostatum ja sobib ühise tasapinna optilise ühenduse loomiseks.
3. Kokkuvõte
Laviini arengfotodetektorMaterjalid ja seadmed vaadatakse üle. INP -materjalide elektronide ja aukude kokkupõrkeironiseerimise kiirused on lähedased Inalase materjalidele, mis viib kahe kandja sümbosiooni topeltprotsessis, mis muudab laviini ehitamise aja pikemaks ja müra suureneb. Võrreldes puhaste inalase materjalidega, on InGAA -de (P) /Inalas ja (al) /inalas kvantkaevu struktuurides suurenenud kokkupõrkeionisatsiooni koefitsiendid, nii et müra jõudlust saab oluliselt muuta. Struktuuri osas töötatakse välja resonaatori täiustatud (RCE) SAGCM-i struktuur ja servaga seotud lainejuhi struktuur (WG-APD), et lahendada neeldumiskihi paksuse erinevate mõjude vastuolud seadme kiirusele ja kvanttõhususele. Protsessi keerukuse tõttu tuleb täiendavalt uurida nende kahe struktuuri täielikku rakendamist.
Postiaeg: 14. november 20123