Princips un pašreizējā situācijalavīna fotodetektors (APD fotodetektors) Otrā daļa
2.2 APD mikroshēmas struktūra
Saprātīga mikroshēmas struktūra ir augstas veiktspējas ierīču pamata garantija. APD strukturālais dizains galvenokārt apsver RC laika konstantes, caurumu uztveršanu heteroja funkcijā, pārvadātāju tranzīta laiku caur noplicināšanas reģionu utt. Tās struktūras attīstība ir apkopota zemāk:
(1) Pamata struktūra
Vienkāršākā APD struktūra ir balstīta uz tapu fotodiodu, P reģions un N reģions ir stipri leģēti, un N-veida vai P tipa divtik rāpojošu reģions tiek ieviests blakus esošajā P reģionā vai N reģionā, lai radītu sekundārus elektronus un caurumu pāriem, lai realizētu primārā fotokamera pastiprināšanos. INP sērijas materiāliem, jo cauruma trieciena jonizācijas koeficients ir lielāks nekā elektronu trieciena jonizācijas koeficients, N veida dopinga pastiprināšanas reģionu parasti ievieto P reģionā. Ideālā situācijā pastiprināšanas reģionā tiek ievadīti tikai caurumi, tāpēc šo struktūru sauc par caurumu iesmidzinātu struktūru.
(2) Izšķir absorbciju un pastiprinājumu
Sakarā ar INP plašo joslu spraugas raksturlielumiem (INP ir 1,35EV un Ingaas ir 0,75EV), InP parasti tiek izmantots kā pastiprināšanas zonas materiāls un Ingaas kā absorbcijas zonas materiālu.
(3) Tiek ierosinātas absorbcijas, gradienta un pastiprināšanas (SAGM) struktūras
Pašlaik vairums komerciālo APD ierīču izmanto Inp/InGaas materiālu, Ingaas kā absorbcijas slāni, INP zem augsta elektriskā lauka (> 5x105v/cm) bez sadalīšanās, var izmantot kā pastiprināšanas zonas materiālu. Šim materiālam šī APD konstrukcija ir tāda, ka lavīnu procesu N veida Inp veidojas ar caurumu sadursmi. Ņemot vērā lielās atšķirības joslu spraugā starp InP un Ingaas, enerģijas līmeņa starpība aptuveni 0,4EV valences joslā padara caurumus, kas ģenerēti ingaas absorbcijas slānī, kas ir aizsprostots heterojunkcijas malā, pirms sasniedzot INP reizinātāja slāni, un ātrums ir ievērojami sasniedzis ātrumu. samazināts, kā rezultātā tas ir ilgs reakcijas laiks un šaurais šī APD joslas platums. Šo problēmu var atrisināt, starp abiem materiāliem pievienojot InGAASP pārejas slāni.
(4) Tiek ierosināta attiecīgi absorbcijas, gradienta, lādiņa un pastiprināšanas (SAGCM) struktūras
Lai vēl vairāk pielāgotu absorbcijas slāņa un pastiprinājuma slāņa elektrisko lauka sadalījumu, ierīces dizainā tiek ieviests uzlādes slānis, kas ievērojami uzlabo ierīces ātrumu un reakciju.
(5) Resonatoru uzlabota (RCE) SAGCM struktūra
Iepriekš minētajā optimālajā tradicionālo detektoru projektēšanā mums jāsaskaras ar faktu, ka absorbcijas slāņa biezums ir pretrunīgs faktors ierīces ātrumam un kvantu efektivitātei. Absorbējošā slāņa plānais biezums var samazināt nesēja tranzīta laiku, tāpēc var iegūt lielu joslas platumu. Tomēr tajā pašā laikā, lai iegūtu lielāku kvantu efektivitāti, absorbcijas slānim jābūt pietiekamam biezumam. Šīs problēmas risinājums var būt rezonanses dobuma (RCE) struktūra, tas ir, sadalītais Bragg reflektors (DBR) ir paredzēts ierīces apakšā un augšpusē. DBR spogulis sastāv no divu veidu materiāliem ar zemu refrakcijas indeksu un augstu refrakcijas indeksu struktūrā, un abi aug pārmaiņus, un katra slāņa biezums saskan ar krītošā gaismas viļņa garumu 1/4 pusvadītājā. Detektora rezonatora struktūra var izpildīt ātruma prasības, absorbcijas slāņa biezumu var padarīt ļoti plānu, un pēc vairākām atstarojumiem tiek palielināta elektrona kvantu efektivitāte.
(6) Ar malu savienota viļņvada struktūra (WG-APD)
Vēl viens risinājums, lai atrisinātu absorbcijas slāņa biezuma dažādu ietekmes pretrunu uz ierīces ātrumu un kvantu efektivitāti, ir ieviest ar malu savienotu viļņvada struktūru. Šī struktūra nonāk gaismā no sāniem, jo absorbcijas slānis ir ļoti garš, ir viegli iegūt augstu kvantu efektivitāti, un tajā pašā laikā absorbcijas slāni var padarīt ļoti plānu, samazinot pārvadātāja tranzīta laiku. Tāpēc šī struktūra atrisina atšķirīgo joslas platuma un efektivitātes atkarību no absorbcijas slāņa biezuma, un paredzams, ka tas sasniegs augstu ātrumu un augstu kvantu efektivitātes APD. WG-APD process ir vienkāršāks nekā RCE APD, kas novērš DBR spoguļa sarežģīto sagatavošanas procesu. Tāpēc praktiskajā jomā tas ir daudz iespējams un ir piemērots kopējam plaknes optiskajam savienojumam.
3. Secinājums
Lavīnas attīstībafotodetektorsMateriāli un ierīces tiek pārskatītas. INP materiālu elektronu un caurumu sadursmes jonizācijas ātrumi ir tuvu Inalas, kas noved pie divu nesēja simbionu dubultā procesa, kas padara lavīnu ēkas laiku ilgāku laiku un troksnis palielinās. Salīdzinot ar tīriem Inalas materiāliem, Ingaas (P) /Inalas un (Al) GaAs /Inalas kvantu urbuma struktūrām ir palielināta sadursmes jonizācijas koeficientu attiecība, tāpēc trokšņa veiktspēju var ievērojami mainīt. Runājot par struktūru, tiek izstrādāta rezonatora uzlabotā (RCE) SAGCM struktūra un ar malu saistītā viļņvada struktūra (WG-APD), lai atrisinātu pretrunas, kas saistītas ar absorbcijas slāņa biezuma ietekmi uz ierīces ātrumu un kvantu efektivitāti. Procesa sarežģītības dēļ ir jāizpēta šo divu struktūru pilnīga praktiska pielietošana.
Pasta laiks: 14–2023. Novembris