Načelo in sedanje stanjePhotodetektor plazov (APD fotodetektor) Drugi del
2.2 Struktura čipa APD
Razumna struktura čipov je osnovno garancijo visoko zmogljivih naprav. Strukturna zasnova APD v glavnem obravnava časovno konstanto RC, zajem luknje pri heterojunction, čas prevoza v prevozu skozi območje izčrpavanja in tako naprej. Razvoj njegove strukture je povzet spodaj:
(1) Osnovna struktura
Najpreprostejša struktura APD temelji na fotodiodi PIN, regija P in N sta močno dopirana, v sosednjem območju P ali N pa se v območju P ali N uvede v območju, ki je dvojno repeliran N, za ustvarjanje sekundarnih elektronov in parov lukenj, da se uresniči ojačitev primarnega fotoukurn. Zaradi materialov serije INP, ker je ionizacijski koeficient vpliva luknje večji od ionizacijskega koeficienta elektronskega vpliva, je območje dobička N-tipa dopinga običajno nameščeno v območju P. V idealni situaciji se v območje dobička vbrizgajo le luknje, zato se ta struktura imenuje struktura vbrizgavanja v luknji.
(2) Absorpcija in dobiček se odlikujeta
Zaradi širokih značilnosti vrzeli v pasu INP (INP je 1,35EV, Ingaas pa 0,75EV), se INP običajno uporablja kot material za ojačanje in IngaA kot material absorpcijske cone.
(3) Predlagane so strukture absorpcije, gradienta in dobička (SAGM)
Trenutno večina komercialnih naprav APD uporablja material INP/InGaas, InGaAS kot absorpcijski sloj, Inp pod visokim električnim poljem (> 5x105V/cm) brez razčlenitve, se lahko uporabi kot material za dobiček. Za ta material je zasnova tega APD-ja ta, da se postopek plazov oblikuje v N-inp N-Type s trkom lukenj. Glede na veliko razliko v vrzeli pasu med INP in Ingaasom, razlika v ravni energije približno 0,4EV v valenčnem pasu naredi luknje, ustvarjene v absorpcijski plasti Ingaas, ki so ovirane na robu heterojunkcije, preden dosežejo večkratno plast INP, hitrost pa se močno zmanjša, kar ima za posledico dolgo odzivno in ozko pasovno pasovno plast. To težavo je mogoče rešiti z dodajanjem prehodnega sloja Ingaasp med obema materiali.
(4) Strukture absorpcije, gradienta, naboja in dobička (SAGCM) so predlagane
Za nadaljnjo prilagoditev porazdelitve električnega polja absorpcijske plasti in sloja dobička se v zasnovo naprave vnese plast naboja, kar močno izboljša hitrost in odzivnost naprave.
(5) Struktura SAGCM, izboljšana (RCE) Resonator
V zgornjem optimalnem oblikovanju tradicionalnih detektorjev se moramo soočiti z dejstvom, da je debelina absorpcijske plasti nasprotujoči si faktor za hitrost naprave in kvantno učinkovitost. Tanka debelina absorbirajoče plasti lahko skrajša čas prevoza nosilca, tako da je mogoče dobiti veliko pasovno širino. Vendar pa mora hkrati, da doseže večjo kvantno učinkovitost, absorpcijska plast imeti zadostno debelino. Rešitev tega problema je lahko resonančna votlina (RCE) struktura, to je, da je porazdeljeni Bragg Reflector (DBR) zasnovan na dnu in na vrhu naprave. Zrcalo DBR je sestavljeno iz dveh vrst materialov z nizkim indeksom loma in visokega indeksa loma v strukturi, oba pa rasteta izmenično, debelina vsake plasti pa ustreza vpadni svetlobni valovni dolžini 1/4 v polprevodniku. Resonatorska struktura detektorja lahko ustreza zahtevam hitrosti, debelino absorpcijske plasti je mogoče narediti zelo tanko, kvantna učinkovitost elektrona pa se poveča po več odbojih.
(6) Struktura valovodov z robom (WG-APD)
Druga rešitev za reševanje protislovja različnih učinkov debeline absorpcijske plasti na hitrost naprave in kvantno učinkovitost je uvedba strukture valovoda, vezane na rob. Ta struktura vstopi v svetlobo s strani, ker je absorpcijska plast zelo dolga, enostavno je pridobiti visoko kvantno učinkovitost, hkrati pa lahko absorpcijski sloj naredi zelo tanek, kar skrajša čas prevoza. Zato ta struktura rešuje različno odvisnost pasovne širine in učinkovitost od debeline absorpcijske plasti in naj bi dosegla visoko stopnjo in visoko kvantno učinkovitost APD. Proces WG-APD je preprostejši od procesa RCE APD, ki odpravlja zapleten postopek priprave DBR ogledala. Zato je bolj izvedljivo na praktičnem področju in je primeren za skupno ravninsko optično povezavo.
3. Zaključek
Razvoj plazovfotodetektorMateriali in naprave se pregledajo. Stopnje ionizacije trkov elektronov in lukenj je blizu stopnje Inalasa, kar vodi v dvojni proces obeh sim simpionov nosilca, zaradi česar je gradnja plazov čas daljša in hrup se je povečal. V primerjavi s čistimi materiali Inalas imajo Ingaas (P) /Inalas in v (Al) GAAS /Inalas Quantum Structure povečano razmerje koeficientov ionizacije trka, tako da se lahko zmogljivost hrupa močno spremeni. Glede na strukturo se razvije resonatorska (RCE) struktura SAGCM in struktura valovodov, vezane na rob (WG-APD), da se rešijo nasprotja različnih učinkov debeline absorpcijske plasti na hitrost naprave in kvantno učinkovitost. Zaradi zapletenosti postopka je treba nadalje raziskati popolno praktično uporabo teh dveh struktur.
Čas objave: november 14-2023