Princips un pašreizējā situācijalavīnu fotodetektors (APD fotodetektors) Otrā daļa
2.2 APD mikroshēmas struktūra
Saprātīga mikroshēmas struktūra ir augstas veiktspējas ierīču pamata garantija.APD strukturālajā dizainā galvenokārt tiek ņemta vērā RC laika konstante, caurumu uztveršana heterosavienojumā, nesēja tranzīta laiks caur izsīkuma reģionu un tā tālāk.Tās struktūras attīstība ir apkopota zemāk:
(1) Pamatstruktūra
Vienkāršākā APD struktūra ir balstīta uz PIN fotodiode, P apgabals un N apgabals ir stipri leģēti, un blakus esošajā P vai N reģionā tiek ieviests N tipa vai P tipa divkārši atbaidošs apgabals, lai radītu sekundāros elektronus un caurumu. pāriem, lai realizētu primārās fotostrāvas pastiprināšanu.InP sērijas materiāliem, jo cauruma trieciena jonizācijas koeficients ir lielāks par elektronu trieciena jonizācijas koeficientu, N tipa dopinga pastiprinājuma apgabals parasti tiek novietots P reģionā.Ideālā situācijā pastiprinājuma apgabalā tiek ievadīti tikai caurumi, tāpēc šo struktūru sauc par caurumu injicētu struktūru.
(2) Izšķir absorbciju un pieaugumu
Sakarā ar InP plašo joslas atstarpi (InP ir 1,35 eV un InGaAs ir 0, 75 eV), InP parasti izmanto kā pastiprināšanas zonas materiālu un InGaAs kā absorbcijas zonas materiālu.
(3) Tiek piedāvātas attiecīgi absorbcijas, gradienta un pastiprinājuma (SAGM) struktūras
Pašlaik lielākajā daļā komerciālo APD ierīču tiek izmantots InP/InGaAs materiāls, InGaAs kā absorbcijas slānis, InP augstā elektriskā laukā (> 5x105 V/cm) bez pārrāvuma, var tikt izmantots kā pastiprināšanas zonas materiāls.Šim materiālam šī APD konstrukcija ir tāda, ka lavīnas process veidojas N-tipa InP caurumu sadursmes rezultātā.Ņemot vērā lielo atšķirību joslas spraugā starp InP un InGaAs, enerģijas līmeņa atšķirība aptuveni 0,4 eV valences joslā padara InGaAs absorbcijas slānī radītos caurumus aizsprostotus heterosavienojuma malā, pirms tie sasniedz InP reizinātāja slāni, un ātrums ir ļoti liels. samazināts, kā rezultātā šī APD ir ilgs reakcijas laiks un šaurs joslas platums.Šo problēmu var atrisināt, pievienojot InGaAsP pārejas slāni starp abiem materiāliem.
(4) Tiek piedāvātas attiecīgi absorbcijas, gradienta, lādiņa un pastiprinājuma (SAGCM) struktūras.
Lai vēl vairāk pielāgotu absorbcijas slāņa un pastiprinājuma slāņa elektriskā lauka sadalījumu, ierīces dizainā tiek ieviests uzlādes slānis, kas ievērojami uzlabo ierīces ātrumu un atsaucību.
(5) Rezonatora uzlabotā (RCE) SAGCM struktūra
Iepriekš minētajā optimālajā tradicionālo detektoru dizainā mums ir jāsaskaras ar faktu, ka absorbcijas slāņa biezums ir pretrunīgs faktors ierīces ātrumam un kvantu efektivitātei.Plānais absorbējošā slāņa biezums var samazināt nesēja tranzīta laiku, tādējādi var iegūt lielu joslas platumu.Tomēr tajā pašā laikā, lai iegūtu augstāku kvantu efektivitāti, absorbcijas slānim ir jābūt pietiekami biezam.Šīs problēmas risinājums var būt rezonanses dobuma (RCE) struktūra, tas ir, sadalītais Bragg Reflector (DBR) ir paredzēts ierīces apakšā un augšpusē.DBR spogulis sastāv no divu veidu materiāliem ar zemu laušanas koeficientu un augstu refrakcijas indeksu struktūrā, un abi aug pārmaiņus, un katra slāņa biezums atbilst krītošajam gaismas viļņa garumam 1/4 pusvadītājā.Detektora rezonatora struktūra var atbilst ātruma prasībām, absorbcijas slāņa biezumu var padarīt ļoti plānu, un elektrona kvantu efektivitāte tiek palielināta pēc vairākām pārdomām.
(6) Ar malu savienota viļņvada struktūra (WG-APD)
Vēl viens risinājums, lai atrisinātu pretrunas, ko rada dažādas absorbcijas slāņa biezuma ietekmes uz ierīces ātrumu un kvantu efektivitāti, ir ieviest ar malu savienotu viļņvada struktūru.Šī struktūra nokļūst 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 nesēja tranzīta laiku.Tāpēc šī struktūra atrisina atšķirīgo joslas platuma un efektivitātes atkarību no absorbcijas slāņa biezuma, un sagaidāms, ka tā sasniegs augstu ātrumu un augstu kvantu efektivitātes APD.WG-APD process ir vienkāršāks nekā RCE APD process, kas novērš sarežģīto DBR spoguļa sagatavošanas procesu.Tāpēc tas ir vairāk iespējams praktiskajā jomā un piemērots kopējam plaknes optiskajam savienojumam.
3. Secinājums
Lavīnas attīstībafotodetektorstiek pārskatīti materiāli un ierīces.InP materiālu elektronu un caurumu sadursmes jonizācijas ātrums ir tuvs InAlAs, kas noved pie divu nesēju simbionu dubultprocesa, kas pagarina lavīnas veidošanas laiku un palielina troksni.Salīdzinot ar tīriem InAlAs materiāliem, InGaAs (P) / InAlAs un In (Al) GaAs / InAlAs kvantu aku struktūrām ir palielināta sadursmes jonizācijas koeficientu attiecība, tāpēc trokšņa veiktspēju var ievērojami mainīt.Struktūras ziņā ir izstrādāta rezonatora uzlabotā (RCE) SAGCM struktūra un malu savienotā viļņvada struktūra (WG-APD), lai atrisinātu pretrunas, ko rada dažādas absorbcijas slāņa biezuma ietekmes uz ierīces ātrumu un kvantu efektivitāti.Procesa sarežģītības dēļ ir jāturpina izpētīt šo divu struktūru pilnīga praktiskā pielietošana.
Izlikšanas laiks: 14. novembris 2023