Il-prinċipju u s-sitwazzjoni preżenti taphotodetector tal-valanga (Photodetector APD) It-Tieni Parti
2.2 Struttura taċ-ċippa APD
Struttura taċ-ċippa raġonevoli hija l-garanzija bażika ta 'apparati ta' prestazzjoni għolja. Id-disinn strutturali ta 'APD jikkunsidra prinċipalment il-kostanti tal-ħin RC, il-qbid tat-toqba f'eterojunction, il-ħin tat-transitu tat-trasportatur permezz tar-reġjun tat-tnaqqis u l-bqija. L-iżvilupp tal-istruttura tiegħu huwa miġbur fil-qosor hawn taħt:
(1) Struttura bażika
L-aktar struttura APD sempliċi hija bbażata fuq il-fotodijodu PIN, ir-reġjun P u r-reġjun N huma drogati ħafna, u r-reġjun doppju repellant tat-tip N jew tat-tip P huwa introdott fir-reġjun P li jmiss jew fir-reġjun N li jiġġenera elettroni sekondarji u toqba pari, sabiex tirrealizza l-amplifikazzjoni tal-fotokurrent primarju. Għal materjali tas-serje InP, minħabba li l-koeffiċjent tal-jonizzazzjoni tal-impatt tat-toqba huwa akbar mill-koeffiċjent tal-jonizzazzjoni tal-impatt tal-elettroni, ir-reġjun tal-qligħ tad-doping tat-tip N normalment jitqiegħed fir-reġjun P. F'sitwazzjoni ideali, toqob biss huma injettati fir-reġjun tal-gwadann, għalhekk din l-istruttura tissejjaħ struttura injettata bit-toqba.
(2) L-assorbiment u l-qligħ huma distinti
Minħabba l-karatteristiċi tad-distakk tal-faxxa wiesgħa ta 'InP (InP huwa 1.35eV u InGaAs huwa 0.75eV), InP normalment jintuża bħala l-materjal taż-żona tal-qligħ u InGaAs bħala l-materjal taż-żona ta' assorbiment.
(3) L-istrutturi ta' assorbiment, gradjent u qligħ (SAGM) huma proposti rispettivament
Fil-preżent, il-biċċa l-kbira tal-apparati APD kummerċjali jużaw materjal InP/InGaAs, InGaAs bħala s-saff ta 'assorbiment, InP taħt kamp elettriku għoli (> 5x105V/cm) mingħajr tqassim, jista' jintuża bħala materjal ta 'żona ta' gwadann. Għal dan il-materjal, id-disinn ta 'dan l-APD huwa li l-proċess tal-valanga huwa ffurmat fl-InP tat-tip N mill-ħabta ta' toqob. Meta wieħed iqis id-differenza kbira fid-distakk tal-medda bejn InP u InGaAs, id-differenza fil-livell tal-enerġija ta 'madwar 0.4eV fil-faxxa ta' valenza tagħmel it-toqob iġġenerati fis-saff ta 'assorbiment InGaAs ostakolati fit-tarf tal-eterojunction qabel ma tilħaq is-saff multiplikatur InP u l-veloċità hija ħafna imnaqqas, li jirriżulta f'ħin twil ta 'rispons u bandwidth dejqa ta' dan l-APD. Din il-problema tista 'tiġi solvuta billi żżid saff ta' transizzjoni InGaAsP bejn iż-żewġ materjali.
(4) L-istrutturi ta' assorbiment, gradjent, ħlas u qligħ (SAGCM) huma proposti rispettivament
Sabiex taġġusta aktar id-distribuzzjoni tal-kamp elettriku tas-saff ta 'assorbiment u s-saff tal-qligħ, is-saff ta' ħlas jiġi introdott fid-disinn tal-apparat, li jtejjeb ħafna l-veloċità u r-rispons tal-apparat.
(5) Struttura SAGCM msaħħa tar-resonatur (RCE).
Fid-disinn ottimali ta 'hawn fuq ta' ditekters tradizzjonali, irridu niffaċċjaw il-fatt li l-ħxuna tas-saff ta 'assorbiment hija fattur kontradittorju għall-veloċità tal-apparat u l-effiċjenza kwantistika. Il-ħxuna rqiqa tas-saff li jassorbi tista 'tnaqqas il-ħin tat-transitu tat-trasportatur, għalhekk tista' tinkiseb bandwidth kbir. Madankollu, fl-istess ħin, sabiex tinkiseb effiċjenza quantum ogħla, is-saff ta 'assorbiment jeħtieġ li jkollu ħxuna suffiċjenti. Is-soluzzjoni għal din il-problema tista 'tkun l-istruttura tal-kavità reżonanti (RCE), jiġifieri, il-Bragg Reflector (DBR) imqassam huwa ddisinjat fil-qiegħ u fil-quċċata tal-apparat. Il-mera DBR tikkonsisti f'żewġ tipi ta 'materjali b'indiċi rifrattiv baxx u indiċi rifrattiv għoli fl-istruttura, u t-tnejn jikbru b'mod alternat, u l-ħxuna ta' kull saff tissodisfa l-wavelength tad-dawl inċidentali 1/4 fis-semikonduttur. L-istruttura tar-resonatur tad-ditekter tista 'tissodisfa r-rekwiżiti tal-veloċità, il-ħxuna tas-saff ta' assorbiment tista 'ssir irqaq ħafna, u l-effiċjenza quantum tal-elettron tiżdied wara diversi riflessjonijiet.
(6) Struttura tal-gwida tal-mewġ akkoppjata mat-tarf (WG-APD)
Soluzzjoni oħra biex issolvi l-kontradizzjoni ta 'effetti differenti tal-ħxuna tas-saff ta' assorbiment fuq il-veloċità tal-apparat u l-effiċjenza quantum hija li tintroduċi struttura ta 'waveguide akkoppjata mat-tarf. Din l-istruttura tidħol dawl mill-ġenb, minħabba li s-saff ta 'assorbiment huwa twil ħafna, huwa faċli li tinkiseb effiċjenza kwantistika għolja, u fl-istess ħin, is-saff ta' assorbiment jista 'jsir irqiq ħafna, u jnaqqas il-ħin tat-transitu tat-trasportatur. Għalhekk, din l-istruttura ssolvi d-dipendenza differenti tal-bandwidth u l-effiċjenza fuq il-ħxuna tas-saff ta 'assorbiment, u hija mistennija li tikseb rata għolja u effiċjenza kwantistika għolja APD. Il-proċess ta 'WG-APD huwa aktar sempliċi minn dak ta' RCE APD, li jelimina l-proċess ikkumplikat ta 'preparazzjoni tal-mera DBR. Għalhekk, huwa aktar fattibbli fil-qasam prattiku u adattat għal konnessjoni ottika pjan komuni.
3. Konklużjoni
L-iżvilupp tal-valangafotodetectormaterjali u apparati jiġu riveduti. Ir-rati tal-jonizzazzjoni tal-kolliżjoni tal-elettroni u t-toqba tal-materjali InP huma qrib dawk tal-InAlAs, li jwassal għall-proċess doppju taż-żewġ simbjuni tal-ġarr, li jagħmel il-ħin tal-bini tal-valanga itwal u l-istorbju jiżdied. Meta mqabbla ma 'materjali InAlAs pur, InGaAs (P) / InAlAs u In (Al) GaAs / InAlAs strutturi tal-bir kwantistika għandhom proporzjon akbar ta' koeffiċjenti ta 'jonizzazzjoni tal-ħabta, għalhekk il-prestazzjoni tal-istorbju tista' tinbidel ħafna. F'termini ta 'struttura, l-istruttura SAGCM msaħħa tar-resonator (RCE) u l-istruttura tal-gwida tal-mewġ akkoppjat mat-tarf (WG-APD) huma żviluppati sabiex isolvu l-kontradizzjonijiet ta' effetti differenti tal-ħxuna tas-saff ta 'assorbiment fuq il-veloċità tal-apparat u l-effiċjenza quantum. Minħabba l-kumplessità tal-proċess, l-applikazzjoni prattika sħiħa ta 'dawn iż-żewġ strutturi jeħtieġ li tiġi esplorata aktar.
Ħin tal-post: Nov-14-2023