Načelo in trenutno stanjelavinski fotodetektor (APD fotodetektor) Drugi del
2.2 Struktura čipa APD
Razumna struktura čipa je osnovno jamstvo za visoko zmogljive naprave.Strukturna zasnova APD v glavnem upošteva časovno konstanto RC, zajemanje lukenj na heterospojnici, čas prehoda nosilca skozi območje izčrpavanja in tako naprej.Razvoj njegove strukture je povzet spodaj:
(1) Osnovna struktura
Najenostavnejša struktura APD temelji na fotodiodi PIN, P regija in N regija sta močno dopirani, N-tip ali dvojno repelentna regija pa je uvedena v sosednjo P regijo ali N regijo za ustvarjanje sekundarnih elektronov in lukenj. parov, da se doseže ojačanje primarnega fototoka.Pri materialih serije InP, ker je ionizacijski koeficient udarca luknje večji od ionizacijskega koeficienta udarca elektrona, je območje ojačenja dopinga tipa N običajno postavljeno v območje P.V idealni situaciji so v ojačevalno območje vbrizgane samo luknje, zato se ta struktura imenuje struktura z vbrizganimi luknjami.
(2) Ločimo absorpcijo in dobiček
Zaradi značilnosti široke vrzeli InP (InP je 1,35 eV in InGaAs je 0,75 eV), se InP običajno uporablja kot material ojačevalne cone, InGaAs pa kot material absorpcijske cone.
(3) Predlagane so strukture absorpcije, gradienta in ojačanja (SAGM).
Trenutno večina komercialnih naprav APD uporablja material InP/InGaAs, InGaAs kot absorpcijsko plast, InP pod močnim električnim poljem (> 5x105 V/cm) brez okvare se lahko uporablja kot material ojačevalnega območja.Pri tem materialu je zasnova tega APD takšna, da plazoviti proces nastane v InP tipa N s trčenjem lukenj.Glede na veliko razliko v pasovni vrzeli med InP in InGaAs razlika v nivoju energije približno 0,4 eV v valenčnem pasu povzroči, da so luknje, ustvarjene v absorpcijski plasti InGaAs, ovirane na robu heterojunkcije, preden dosežejo množilno plast InP, hitrost pa je zelo velika. zmanjšan, kar ima za posledico dolg odzivni čas in ozko pasovno širino tega APD.To težavo je mogoče rešiti z dodajanjem prehodne plasti InGaAsP med oba materiala.
(4) Predlagane so strukture absorpcije, gradienta, naboja in ojačanja (SAGCM).
Za nadaljnjo prilagoditev porazdelitve električnega polja absorpcijske plasti in ojačitvene plasti je v zasnovo naprave uvedena plast naboja, kar močno izboljša hitrost in odzivnost naprave.
(5) Struktura SAGCM, izboljšana z resonatorjem (RCE).
Pri zgornji optimalni zasnovi tradicionalnih detektorjev se moramo soočiti z dejstvom, da je debelina absorpcijske plasti kontradiktoren dejavnik za hitrost naprave in kvantno učinkovitost.Tanka debelina absorpcijske plasti lahko skrajša čas prehoda nosilca, tako da je mogoče doseči veliko pasovno širino.Vendar pa mora absorpcijska plast imeti zadostno debelino, da bi dosegli večjo kvantno učinkovitost.Rešitev tega problema je lahko struktura resonančne votline (RCE), to je, da je porazdeljeni Braggov reflektor (DBR) zasnovan na dnu in na vrhu naprave.Zrcalo DBR je sestavljeno iz dveh vrst materialov z nizkim in visokim lomnim količnikom v strukturi, oba rasteta izmenično, debelina vsake plasti pa ustreza valovni dolžini vpadne svetlobe 1/4 v polprevodniku.Struktura resonatorja detektorja lahko izpolni zahteve glede hitrosti, debelina absorpcijske plasti je lahko zelo tanka, kvantna učinkovitost elektrona pa se poveča po več odbojih.
(6) Edge-coupled valovodna struktura (WG-APD)
Druga rešitev za rešitev protislovja različnih učinkov debeline absorpcijske plasti na hitrost naprave in kvantno učinkovitost je uvedba robno sklopljene valovodne strukture.Ta struktura vstopa v svetlobo s strani, ker je absorpcijska plast zelo dolga, je enostavno doseči visoko kvantno učinkovitost, hkrati pa je lahko absorpcijska plast zelo tanka, kar skrajša čas prehoda nosilca.Zato ta struktura rešuje različno odvisnost pasovne širine in učinkovitosti od debeline absorpcijske plasti in pričakuje se, da bo dosegla visoko hitrost in visoko kvantno učinkovitost APD.Postopek WG-APD je preprostejši od postopka RCE APD, kar odpravlja zapleten postopek priprave ogledala DBR.Zato je bolj izvedljiv v praksi in primeren za skupno ravninsko optično povezavo.
3. Zaključek
Razvoj snežnega plazufotodetektormateriali in naprave so pregledani.Stopnje ionizacije pri trčenju elektronov in lukenj pri materialih InP so blizu tistim pri InAlAs, kar vodi do dvojnega procesa dveh nosilnih simbionov, zaradi česar se čas gradnje plazu podaljša in poveča hrup.V primerjavi s čistimi materiali InAlAs imajo strukture kvantnih vrtin InGaAs (P) /InAlAs in In (Al) GaAs/InAlAs povečano razmerje kolizijskih ionizacijskih koeficientov, zato se lahko hrup močno spremeni.Kar zadeva strukturo, sta bili razviti resonatorsko izboljšana (RCE) SAGCM struktura in robno sklopljena valovodna struktura (WG-APD), da bi rešili protislovja 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: 14. nov. 2023