Принципот и сегашната состојба нафотодетектор за лавина (APD фотодетектор) Втор дел
2.2 Структура на APD чип
Разумната структура на чипот е основната гаранција за уредите со високи перформанси.Структурниот дизајн на APD главно ги зема предвид RC временската константа, зафаќањето на дупките на хетероспојот, времето на транзит на носачот низ регионот на исцрпување и така натаму.Развојот на неговата структура е сумиран подолу:
(1) Основна структура
Наједноставната APD структура се заснова на PIN фотодиодата, регионот P и N се силно допингувани, а N-тип или P-тип двојно отвратителен регион е воведен во соседниот P регион или N регион за да се генерираат секундарни електрони и дупка. парови, за да се реализира засилувањето на примарната фотоструја.За материјалите од серијата InP, бидејќи коефициентот на јонизација на ударот на дупката е поголем од коефициентот на јонизација на влијанието на електронот, регионот на добивка на допингот од N-тип обично се става во регионот P.Во идеална ситуација, само дупки се вбризгуваат во регионот на засилување, така што оваа структура се нарекува структура инјектирана со дупки.
(2) Се разликуваат апсорпција и добивка
Поради карактеристиките на јазот со широк опсег на InP (InP е 1,35eV и InGaAs е 0,75eV), InP обично се користи како материјал за зона на засилување и InGaAs како материјал за зона на апсорпција.
(3) Структурите за апсорпција, градиент и засилување (SAGM) се предложени соодветно
Во моментов, повеќето комерцијални APD уреди користат InP/InGaAs материјал, InGaAs како слој за апсорпција, InP под високо електрично поле (>5x105V/cm) без дефект, може да се користи како материјал за зона на засилување.За овој материјал, дизајнот на оваа APD е дека процесот на лавина се формира во N-типот InP со судир на дупки.Со оглед на големата разлика во јазот на опсегот помеѓу InP и InGaAs, разликата во енергетското ниво од околу 0,4eV во валентниот опсег прави дупките генерирани во слојот за апсорпција на InGaAs да бидат попречени на работ на хетероспојот пред да стигнат до слојот на мултипликаторот InP и брзината е многу намалено, што резултира со долго време на одговор и тесен опсег на оваа APD.Овој проблем може да се реши со додавање на преоден слој InGaAsP помеѓу двата материјали.
(4) Структурите за апсорпција, градиент, полнење и засилување (SAGCM) се предложени соодветно
Со цел дополнително да се прилагоди дистрибуцијата на електричното поле на слојот за апсорпција и слојот за засилување, слојот за полнење е воведен во дизајнот на уредот, што во голема мера ја подобрува брзината и одзивноста на уредот.
(5) Структура на SAGCM подобрена со резонатор (RCE).
Во горниот оптимален дизајн на традиционалните детектори, мора да се соочиме со фактот дека дебелината на слојот за апсорпција е контрадикторен фактор за брзината на уредот и квантната ефикасност.Тенката дебелина на апсорбирачкиот слој може да го намали времето на транзит на носачот, така што може да се добие голем пропусен опсег.Меѓутоа, во исто време, за да се добие поголема квантна ефикасност, слојот за апсорпција треба да има доволна дебелина.Решението за овој проблем може да биде структурата на резонантната празнина (RCE), односно дистрибуираниот рефлектор на Браг (DBR) е дизајниран на дното и на врвот на уредот.Огледалото DBR се состои од два вида материјали со низок индекс на прекршување и висок индекс на прекршување во структурата, и двата растат наизменично, а дебелината на секој слој ја исполнува ударната светлосна бранова должина 1/4 во полупроводникот.Структурата на резонаторот на детекторот може да ги исполни барањата за брзина, дебелината на слојот за апсорпција може да се направи многу тенка, а квантната ефикасност на електронот се зголемува по неколку рефлексии.
(6) Структура на брановоди споени со рабови (WG-APD)
Друго решение за решавање на контрадикторноста на различните ефекти на дебелината на слојот на апсорпција врз брзината на уредот и квантната ефикасност е да се воведе структура на брановодни водич споени со рабови.Оваа структура влегува во светлината од страна, бидејќи слојот за апсорпција е многу долг, лесно е да се добие висока квантна ефикасност, а во исто време, слојот за апсорпција може да се направи многу тенок, со што се намалува времето на транзит на носачот.Затоа, оваа структура ја решава различната зависност на пропусниот опсег и ефикасноста од дебелината на слојот за апсорпција, и се очекува да постигне APD со висока стапка и висока квантна ефикасност.Процесот на WG-APD е поедноставен од оној на RCE APD, што го елиминира комплицираниот процес на подготовка на огледалото DBR.Затоа, тој е поизводлив на практично поле и погоден за оптичко поврзување со заеднички авион.
3. Заклучок
Развојот на лавинафотодетекторсе разгледуваат материјалите и уредите.Стапките на јонизација на судирите на електроните и дупките на материјалите InP се блиски до оние на InAlAs, што доведува до двоен процес на двата носители на симбиони, што го прави времето на градење на лавина подолго и ја зголемува бучавата.Во споредба со чистите материјали InAlAs, структурите на квантните бунари InGaAs (P) /InAlAs и In (Al) GaAs/InAlAs имаат зголемен сооднос на коефициенти на јонизација на судир, така што перформансите на бучавата може значително да се променат.Во однос на структурата, структурата SAGCM со подобрена резонаторна (RCE) и структурата на брановоди со рабови (WG-APD) се развиени со цел да се решат противречностите на различните ефекти на дебелината на апсорпциониот слој врз брзината на уредот и квантната ефикасност.Поради сложеноста на процесот, целосната практична примена на овие две структури треба дополнително да се истражи.
Време на објавување: 14-11-2023 година