Põhimõte ja praegune olukordlaviini fotodetektor (APD fotodetektor) Teine osa
2.2 APD kiibi struktuur
Mõistlik kiibi struktuur on suure jõudlusega seadmete põhitagatis.APD konstruktsiooni ülesehitus arvestab peamiselt RC ajakonstanti, aukude hõivamist heteroristmikul, kandja transiidiaega läbi ammendumise piirkonna ja nii edasi.Selle struktuuri areng on kokku võetud allpool:
(1) Põhistruktuur
Lihtsaim APD struktuur põhineb PIN-fotodioodil, P-piirkond ja N-piirkond on tugevalt legeeritud ning N-tüüpi või P-tüüpi kahekordselt tõrjuv piirkond sisestatakse külgnevasse P-piirkonda või N-piirkonda, et genereerida sekundaarseid elektrone ja auku. paarid, et realiseerida primaarse fotovoolu võimendus.InP-seeria materjalide puhul, kuna augu löögi ionisatsioonitegur on suurem kui elektronide löögi ionisatsioonitegur, paigutatakse N-tüüpi dopingu võimenduspiirkond tavaliselt P-piirkonda.Ideaalses olukorras süstitakse võimenduspiirkonda ainult augud, nii et seda struktuuri nimetatakse augu sissepritsega struktuuriks.
(2) Eristatakse neeldumist ja võimendust
InP laia ribavahe omaduste tõttu (InP on 1,35 eV ja InGaAs 0,75 eV) kasutatakse tavaliselt võimendustsooni materjalina InP-d ja neeldumistsooni materjalina InGaA-sid.
(3) Pakutakse välja vastavalt neeldumise, gradiendi ja võimenduse (SAGM) struktuurid
Praegu kasutavad enamik kaubanduslikke APD seadmeid InP / InGaAs materjali, InGaAs neeldumiskihina, InP suure elektrivälja all (> 5x105 V / cm) ilma rikketa, saab kasutada võimendustsooni materjalina.Selle materjali puhul on selle APD ülesehitus selline, et laviiniprotsess moodustub N-tüüpi InP-s aukude kokkupõrkel.Arvestades InP ja InGaAs vahelise ribalaiuse suurt erinevust, muudab energiataseme erinevus valentsribas umbes 0,4 eV InGaAs neeldumiskihis tekkivad augud enne InP kordaja kihini jõudmist heteroristmiku servas ummistatuks ja kiirus on väga suur. vähendatud, mille tulemuseks on selle APD pikk reageerimisaeg ja kitsas ribalaius.Selle probleemi saab lahendada, lisades kahe materjali vahele InGaAsP üleminekukihi.
(4) Pakutakse välja neeldumise, gradiendi, laengu ja võimenduse (SAGCM) struktuurid.
Neeldumiskihi ja võimenduskihi elektrivälja jaotuse edasiseks reguleerimiseks lisatakse seadme konstruktsiooni laadimiskiht, mis parandab oluliselt seadme kiirust ja reageerimisvõimet.
(5) Resonaatoriga täiustatud (RCE) SAGCM-i struktuur
Ülaltoodud traditsiooniliste detektorite optimaalse disaini puhul peame silmitsi seisma tõsiasjaga, et neeldumiskihi paksus on seadme kiiruse ja kvantefektiivsuse vastuoluline tegur.Neelava kihi õhuke paksus võib vähendada kandja transiidiaega, nii et on võimalik saada suur ribalaius.Kuid samal ajal peab suurema kvantefektiivsuse saavutamiseks neeldumiskiht olema piisava paksusega.Selle probleemi lahenduseks võib olla resonantsõõnsuse (RCE) struktuur, see tähendab, et hajutatud Braggi reflektor (DBR) on konstrueeritud seadme all- ja ülaosas.DBR-peegel koosneb kahte tüüpi materjalist, millel on madal murdumisnäitaja ja kõrge murdumisnäitaja struktuuris ning need kaks kasvavad vaheldumisi ja iga kihi paksus vastab pooljuhi langeva valguse lainepikkusele 1/4.Detektori resonaatoristruktuur suudab vastata kiirusnõuetele, neeldumiskihi paksuse saab muuta väga õhukeseks ja elektroni kvantefektiivsus suureneb pärast mitut peegeldust.
(6) Servaga sidestatud lainejuhi struktuur (WG-APD)
Teine lahendus neeldumiskihi paksuse erinevate mõjude vastuolu lahendamiseks seadme kiirusele ja kvantefektiivsusele on servadega sidestatud lainejuhi struktuuri kasutuselevõtt.See struktuur siseneb valgusesse küljelt, kuna neeldumiskiht on väga pikk, on lihtne saavutada kõrge kvantefektiivsus ja samal ajal saab neeldumiskihi muuta väga õhukeseks, vähendades kandja transiidi aega.Seetõttu lahendab see struktuur ribalaiuse ja efektiivsuse erineva sõltuvuse neeldumiskihi paksusest ning eeldatakse, et see saavutab suure kiiruse ja kõrge kvantefektiivsuse APD.WG-APD protsess on lihtsam kui RCE APD protsess, mis välistab DBR peegli keerulise ettevalmistusprotsessi.Seetõttu on see praktilises valdkonnas teostatavam ja sobib tavalise tasapinnalise optilise ühenduse jaoks.
3. Järeldus
Laviini arengfotodetektormaterjalid ja seadmed vaadatakse üle.InP materjalide elektronide ja aukude kokkupõrke ionisatsioonikiirused on lähedased InAlA-de omadele, mis viib kahe kandja sümbiooni kahekordse protsessini, mis muudab laviini tekkeaja pikemaks ja müra suureneb.Võrreldes puhaste InAlAs materjalidega on InGaAs (P) / InAlAs ja In (Al) GaAs / InAlAs kvantkaevude struktuuridel suurem kokkupõrke ionisatsioonikoefitsientide suhe, nii et müra jõudlust saab oluliselt muuta.Struktuuri osas on välja töötatud resonaatoriga täiustatud (RCE) SAGCM struktuur ja servaga sidestatud lainejuhi struktuur (WG-APD), et lahendada vastuolusid, mis tulenevad neeldumiskihi paksuse erinevast mõjust seadme kiirusele ja kvantefektiivsusele.Protsessi keerukuse tõttu tuleb nende kahe struktuuri täielikku praktilist rakendamist täiendavalt uurida.
Postitusaeg: 14.11.2023