Principas ir dabartinė situacijalavinos fotodetektorius (APD fotodetektorius) Antra dalis
2.2 APD lusto struktūra
Protinga lusto struktūra yra pagrindinė didelio našumo įrenginių garantija.APD konstrukcijoje daugiausia atsižvelgiama į RC laiko konstantą, skylių užfiksavimą heterosankryžoje, nešiklio tranzito laiką per išeikvojimo sritį ir pan.Jo struktūros raida apibendrinta žemiau:
(1) Pagrindinė struktūra
Paprasčiausia APD struktūra paremta PIN fotodiodu, P sritis ir N sritis yra stipriai legiruoti, o N tipo arba P tipo dvigubai atstumianti sritis įvedama į gretimą P arba N sritį, kad generuotų antrinius elektronus ir skylę. porų, kad būtų galima sustiprinti pirminę fotosrovę.InP serijos medžiagoms, kadangi skylės smūgio jonizacijos koeficientas yra didesnis už elektronų smūgio jonizacijos koeficientą, N tipo legiravimo stiprinimo sritis paprastai dedama į P sritį.Idealioje situacijoje į stiprinimo sritį įleidžiamos tik skylės, todėl ši struktūra vadinama skyle įpurškiama struktūra.
(2) Išskiriama absorbcija ir padidėjimas
Dėl plataus juostos tarpo InP charakteristikų (InP yra 1,35 eV ir InGaAs yra 0,75 eV), InP paprastai naudojamas kaip stiprinimo zonos medžiaga, o InGaAs - kaip absorbcijos zonos medžiaga.
(3) Atitinkamai siūlomos absorbcijos, gradiento ir stiprinimo (SAGM) struktūros
Šiuo metu dauguma komercinių APD įrenginių naudoja InP / InGaAs medžiagą, InGaAs kaip sugerties sluoksnį, InP esant dideliam elektriniam laukui (> 5x105 V / cm) be gedimo, gali būti naudojama kaip stiprinimo zonos medžiaga.Šios medžiagos APD konstrukcija yra tokia, kad lavinos procesas susidaro N tipo InP susidūrus skylėms.Atsižvelgiant į didelį juostos tarpo tarp InP ir InGaAs skirtumą, dėl maždaug 0,4 eV energijos lygio skirtumo valentinėje juostoje InGaAs sugerties sluoksnyje susidarančios skylės užblokuojamos heterosankryžos krašte prieš pasiekiant InP daugiklio sluoksnį, o greitis yra labai didelis. sumažintas, todėl šio APD atsako laikas ir siauras pralaidumas.Šią problemą galima išspręsti pridedant InGaAsP pereinamąjį sluoksnį tarp dviejų medžiagų.
(4) Atitinkamai siūlomos absorbcijos, gradiento, krūvio ir stiprinimo (SAGCM) struktūros
Siekiant toliau reguliuoti sugerties sluoksnio ir stiprinimo sluoksnio elektrinio lauko pasiskirstymą, į įrenginio dizainą įvedamas įkrovos sluoksnis, kuris labai pagerina įrenginio greitį ir reagavimą.
(5) Rezonatoriaus patobulinta (RCE) SAGCM struktūra
Aukščiau pateiktame optimaliame tradicinių detektorių projekte turime susidurti su faktu, kad sugerties sluoksnio storis yra prieštaringas prietaiso greičio ir kvantinio efektyvumo veiksnys.Plonas sugeriančio sluoksnio storis gali sumažinti nešiklio tranzito laiką, todėl galima gauti didelį pralaidumą.Tačiau tuo pačiu metu, norint gauti didesnį kvantinį efektyvumą, absorbcinis sluoksnis turi būti pakankamo storio.Šios problemos sprendimas gali būti rezonansinės ertmės (RCE) struktūra, tai yra, paskirstytasis Bragg reflektorius (DBR) yra suprojektuotas įrenginio apačioje ir viršuje.DBR veidrodis susideda iš dviejų rūšių medžiagų, turinčių mažą lūžio rodiklį ir aukštą lūžio rodiklį, o abi auga pakaitomis, o kiekvieno sluoksnio storis atitinka 1/4 krintančios šviesos bangos ilgio puslaidininkyje.Detektoriaus rezonatoriaus struktūra gali atitikti greičio reikalavimus, sugerties sluoksnio storis gali būti labai plonas, o elektrono kvantinis efektyvumas padidėja po kelių atspindžių.
(6) Su kraštais sujungta bangolaidžio struktūra (WG-APD)
Kitas sprendimas, kaip išspręsti skirtingo sugerties sluoksnio storio poveikio įrenginio greičiui ir kvantiniam efektyvumui prieštaravimą, yra įvesti su briauna sujungtą bangolaidžio struktūrą.Ši struktūra patenka į šviesą iš šono, nes absorbcinis sluoksnis yra labai ilgas, lengva pasiekti aukštą kvantinį efektyvumą, o tuo pačiu metu absorbcinis sluoksnis gali būti labai plonas, sumažinant nešiklio tranzito laiką.Todėl ši struktūra išsprendžia skirtingą dažnių juostos pločio ir efektyvumo priklausomybę nuo sugerties sluoksnio storio ir tikimasi, kad APD bus pasiektas didelis greitis ir didelis kvantinis efektyvumas.WG-APD procesas yra paprastesnis nei RCE APD, todėl pašalinamas sudėtingas DBR veidrodžio paruošimo procesas.Todėl tai labiau įmanoma praktikoje ir tinka bendram plokštuminiam optiniam ryšiui.
3. Išvada
Lavinos vystymasisfotodetektoriumiapžvelgiamos medžiagos ir prietaisai.InP medžiagų elektronų ir skylių susidūrimo jonizacijos greitis yra artimas InAlAs, o tai lemia dvigubą dviejų nešiklio simbionų procesą, dėl kurio pailgėja lavinos susidarymo laikas ir padidėja triukšmas.Palyginti su grynomis InAlAs medžiagomis, InGaAs (P) / InAlAs ir In (Al) GaAs / InAlAs kvantinių šulinių struktūros turi padidintą susidūrimo jonizacijos koeficientų santykį, todėl triukšmo charakteristikos gali būti labai pakeistos.Kalbant apie struktūrą, rezonatoriumi patobulinta (RCE) SAGCM struktūra ir briaunomis sujungta bangolaidžio struktūra (WG-APD), siekiant išspręsti skirtingo sugerties sluoksnio storio poveikio įrenginio greičiui ir kvantiniam efektyvumui prieštaravimus.Dėl proceso sudėtingumo reikia toliau tirti visą praktinį šių dviejų struktūrų pritaikymą.
Paskelbimo laikas: 2023-11-14