Antrosios „Avalanche“ fotodetektoriaus (APD fotodetektoriaus) principas ir dabartinė padėtis

Principas ir dabartinė situacija„Avalanche“ fotodetektorius (APD fotodetektorius) Antroji dalis

2.2 APD lusto struktūra
Protinga lusto struktūra yra pagrindinė aukšto našumo prietaisų garantija. APD struktūrinis dizainas daugiausia atsižvelgia į RC laiko konstantą, skylės gaudymą heterojunkcijoje, nešiklio tranzito laiką per išeikvojimo sritį ir pan. Jos struktūros plėtra apibendrinta žemiau:

(1) pagrindinė struktūra
Paprasčiausia APD struktūra yra pagrįsta PIN fotodiodu, P sritis ir N regionas yra smarkiai panaikintos, o n-tipo arba p tipo dvigubai atstumiančiame regione įvedama gretimame P regione arba N regione, kad būtų galima generuoti antrinius elektronus ir skylę poros, kad būtų galima suvokti pirminio foto srovės amplifikaciją. INP serijos medžiagoms, kadangi skylės poveikio jonizacijos koeficientas yra didesnis nei elektronų poveikio jonizacijos koeficientas, N tipo dopingo padidėjimo sritis paprastai dedama į P regioną. Esant idealiajai situacijai, į gerinimo sritį įšvirkščiamos tik skylės, todėl ši struktūra vadinama skylės įpurškiama struktūra.

(2) Absorbcija ir padidėjimas išskiriamas
Dėl plataus juostos atotrūkio savybių INP (INP yra 1,35EV, o „IngaaS“ yra 0,75EV), INP paprastai naudojama kaip stiprinimo zonos medžiaga, o „IngaAs“ - kaip absorbcijos zonos medžiaga.

(3) Siūlomos absorbcijos, gradiento ir padidėjimo (SAGM) struktūros
Šiuo metu dauguma komercinių APD prietaisų naudoja INP/InGaaS medžiagą, „IngaAs“ kaip absorbcijos sluoksnį, INP, esant dideliam elektriniam laukui (> 5x105 V/cm) be suskaidymo, gali būti naudojamas kaip padidėjimo zonos medžiaga. Šiai medžiagai šio APD dizainas yra tas, kad lavinos procesas yra suformuotas N tipo INP susidūrus su skylutėmis. Atsižvelgiant į didelį juostos tarpo skirtumą tarp INP ir „InGaaS“, energijos lygio skirtumas - maždaug 0,4EV valentinės juostos juostoje, padaro skylutes, sugeneruotas „InGaaS“ absorbcijos sluoksnyje, kliudant heterojunkcijos krašte, prieš pasiekiant INP daugiklio sluoksnį, o greitis labai yra labai Sumažinta, todėl ilgą atsako laiką ir siaurą šio APD pralaidumą. Šią problemą galima išspręsti pridedant „InGaasp“ perėjimo sluoksnį tarp dviejų medžiagų.

(4) Siūlomos absorbcijos, gradiento, krūvio ir padidėjimo (SAGCM) struktūros
Siekiant dar labiau sureguliuoti absorbcijos sluoksnio ir stiprinimo sluoksnio elektrinio lauko pasiskirstymą, įkrovimo sluoksnis įvedamas į įrenginio dizainą, kuris žymiai pagerina prietaiso greitį ir reagavimą.

(5) Resonatoriaus patobulinta (RCE) SAGCM struktūra
Aukščiau pateiktame optimaliame tradicinių detektorių projektavime turime susidurti su tuo, kad absorbcijos sluoksnio storis yra prieštaringas prietaiso greičio ir kvantinio efektyvumo veiksnys. Plonas absorbuojančio sluoksnio storis gali sutrumpinti nešiklio tranzito laiką, todėl galima gauti didelį pralaidumą. Tačiau tuo pat metu, norint gauti didesnį kvantinį efektyvumą, absorbcijos sluoksnis turi turėti pakankamą storią. Šios problemos sprendimas gali būti rezonansinės ertmės (RCE) struktūra, tai yra, paskirstytas BRAGG atšvaitas (DBR) yra sukurtas įrenginio apačioje ir viršuje. DBR veidrodį sudaro dviejų rūšių medžiagos, turinčios žemą lūžio rodiklį ir aukšto lūžio rodiklio indeksą, ir jos abu auga pakaitomis, o kiekvieno sluoksnio storis puslaidininkiniame krintančiame šviesos bangos ilgyje yra 1/4. Detektoriaus rezonatoriaus struktūra gali atitikti greičio reikalavimus, absorbcijos sluoksnio storis gali būti labai plonas, o po kelių atspindžių padidėja elektrono kvantinis efektyvumas.

(6) su kraštu sujungta bangolaidžio struktūra (WG-APD)
Kitas sprendimas, skirtas išspręsti skirtingo absorbcijos sluoksnio storio poveikio prieštaravimus prietaiso greičiui ir kvantiniam efektyvumui, yra įvesti su kraštu sujungta bangolaidžio struktūra. Ši konstrukcija patenka iš šono, nes absorbcijos sluoksnis yra labai ilgas, nesunku gauti aukštą kvantinį efektyvumą, o tuo pačiu metu absorbcijos sluoksnis gali būti padarytas labai plonas, sumažindamas nešiklio tranzito laiką. Todėl ši struktūra išsprendžia skirtingą pralaidumo ir efektyvumo priklausomybę nuo absorbcijos sluoksnio storio ir tikimasi, kad ji pasieks aukštą greičio ir didelio kvantinio efektyvumo APD. WG-APD procesas yra paprastesnis nei RCE APD, kuris pašalina sudėtingą DBR veidrodžio paruošimo procesą. Todėl praktiniame lauke tai labiau įmanoma ir tinkama įprastam plokštumos optiniam jungtimi.

3. Išvada
Lavinos plėtrafotodetektoriusMedžiagos ir prietaisai yra peržiūrimi. INP medžiagų elektronų ir skylių susidūrimo jonizacijos greitis yra artimi „Inalas“, todėl dvigubas dviejų nešiklio simbolių procesas, dėl kurio lavinos pastato laikas yra ilgesnis, o triukšmas padidėjo. Palyginti su grynomis inalas medžiagomis, „InGaaS“ (P) /Inalas ir (Al) GaAs /Inalas kvantinės šulinio struktūros padidina susidūrimo jonizacijos koeficientų santykį, todėl triukšmo efektyvumą galima labai pakeisti. Kalbant apie struktūrą, rengiama resonatoriaus patobulinta (RCE) SAGCM struktūra ir su kraštais sujungta bangolaidžio struktūra (WG-APD), siekiant išspręsti skirtingo absorbcijos sluoksnio storio poveikio prieštaravimus prietaiso greičiui ir kvantiniam efektyvumui. Dėl proceso sudėtingumo reikia išsamiau ištirti išsamų šių dviejų struktūrų pritaikymą.