Il-prinċipju u s-sitwazzjoni preżenti ta'fotoditekter tal-valangi (Fotoditekter tal-APD) It-Tieni Parti
2.2 Struttura taċ-ċippa tal-APD
Struttura raġonevoli taċ-ċippa hija l-garanzija bażika ta' apparati ta' prestazzjoni għolja. Id-disinn strutturali tal-APD jikkunsidra prinċipalment il-kostanti tal-ħin RC, il-qbid tat-toqob fl-eteroġunzjoni, il-ħin tat-tranżitu tat-trasportatur fir-reġjun tat-tnaqqis, eċċ. L-iżvilupp tal-istruttura tiegħu huwa mqassar hawn taħt:
(1) Struttura bażika
L-aktar struttura sempliċi tal-APD hija bbażata fuq il-fotodijodu PIN, ir-reġjun P u r-reġjun N huma ddoppjati ħafna, u r-reġjun doppju-repellant tat-tip N jew tat-tip P jiġi introdott fir-reġjun P jew fir-reġjun N biswit biex jiġġenera elettroni sekondarji u pari ta' toqob, sabiex tiġi realizzata 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 ġeneralment jitqiegħed fir-reġjun P. F'sitwazzjoni ideali, it-toqob biss jiġu injettati fir-reġjun tal-qligħ, għalhekk din l-istruttura tissejjaħ struttura injettata bit-toqob.
(2) L-assorbiment u l-qligħ huma distinti
Minħabba l-karatteristiċi tal-medda wiesgħa ta' frekwenzi ta' InP (InP huwa 1.35eV u InGaAs huwa 0.75eV), InP ġeneralment jintuża bħala l-materjal taż-żona tal-qligħ u InGaAs bħala l-materjal taż-żona tal-assorbiment.
(3) L-istrutturi tal-assorbiment, tal-gradjent u tal-qligħ (SAGM) huma proposti rispettivament
Fil-preżent, ħafna apparati APD kummerċjali jużaw materjal InP/InGaAs, InGaAs bħala s-saff ta' assorbiment, InP taħt kamp elettriku għoli (>5x105V/cm) mingħajr ħsara, jista' jintuża bħala materjal taż-żona ta' qligħ. Għal dan il-materjal, id-disinn ta' dan l-APD huwa li l-proċess ta' valanga jiġi ffurmat fl-InP tat-tip N permezz tal-ħabta tat-toqob. Meta wieħed iqis id-differenza kbira fil-medda ta' frekwenza bejn InP u InGaAs, id-differenza fil-livell tal-enerġija ta' madwar 0.4eV fil-medda ta' valenza tagħmel it-toqob iġġenerati fis-saff ta' assorbiment tal-InGaAs ostakolati fit-tarf tal-eteroġunzjoni qabel ma jilħqu s-saff tal-multiplikatur tal-InP u l-veloċità titnaqqas ħafna, li tirriżulta f'ħin ta' rispons twil u bandwidth dejqa ta' dan l-APD. Din il-problema tista' tissolva billi jiżdied saff ta' transizzjoni InGaAsP bejn iż-żewġ materjali.
(4) L-istrutturi tal-assorbiment, tal-gradjent, tal-ċarġ u tal-qligħ (SAGCM) huma proposti rispettivament
Sabiex tiġi aġġustata aktar id-distribuzzjoni tal-kamp elettriku tas-saff tal-assorbiment u s-saff tal-qligħ, is-saff tal-ċarġ jiġi introdott fid-disinn tal-apparat, li jtejjeb ħafna l-veloċità u r-rispons tal-apparat.
(5) Struttura SAGCM imsaħħa bir-reżonatur (RCE)
Fid-disinn ottimali ta' hawn fuq tad-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 ta' assorbiment tista' tnaqqas il-ħin tat-tranżitu tat-trasportatur, u b'hekk tista' tinkiseb bandwidth kbira. Madankollu, fl-istess ħin, sabiex tinkiseb effiċjenza kwantistika 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, ir-Riflettur Bragg distribwit (DBR) huwa ddisinjat fil-qiegħ u fil-parti ta' fuq tal-apparat. Il-mera DBR tikkonsisti f'żewġ tipi ta' materjali b'indiċi ta' rifrazzjoni baxx u indiċi ta' rifrazzjoni għoli fl-istruttura, u t-tnejn jikbru alternattivament, u l-ħxuna ta' kull saff tilħaq il-wavelength tad-dawl inċidentali 1/4 fis-semikonduttur. L-istruttura tar-reżonatur tad-ditekter tista' tissodisfa r-rekwiżiti tal-veloċità, il-ħxuna tas-saff ta' assorbiment tista' ssir irqiqa ħafna, u l-effiċjenza kwantistika tal-elettron tiżdied wara diversi riflessjonijiet.
(6) Struttura ta' gwida tal-mewġ akkoppjata mat-tarf (WG-APD)
Soluzzjoni oħra biex tissolva l-kontradizzjoni tal-effetti differenti tal-ħxuna tas-saff ta' assorbiment fuq il-veloċità tal-apparat u l-effiċjenza kwantistika hija li tiġi introdotta struttura ta' waveguide akkoppjata mat-tarf. Din l-istruttura tidħol fid-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 b'hekk jitnaqqas il-ħin tat-tranżitu 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 fuq pjan komuni.
3. Konklużjoni
L-iżvilupp ta' valangafotoditekterMaterjali u apparati huma riveduti. Ir-rati ta' jonizzazzjoni tal-ħabtiet tal-elettroni u t-toqob tal-materjali InP huma qrib dawk tal-InAlAs, li jwassal għall-proċess doppju taż-żewġ simbjonijiet tat-trasportaturi, li jagħmel il-ħin tal-bini tal-valanga itwal u l-istorbju jiżdied. Meta mqabbla mal-materjali puri InAlAs, l-istrutturi kwantistiċi tal-bjar InGaAs (P) /InAlAs u In (Al) GaAs/InAlAs għandhom proporzjon akbar ta' koeffiċjenti ta' jonizzazzjoni tal-ħabtiet, għalhekk il-prestazzjoni tal-istorbju tista' tinbidel ħafna. F'termini ta' struttura, l-istruttura SAGCM imsaħħa bir-reżonatur (RCE) u l-istruttura tal-gwida tal-mewġ akkoppjata mat-tarf (WG-APD) huma żviluppati sabiex isolvu l-kontradizzjonijiet tal-effetti differenti tal-ħxuna tas-saff tal-assorbiment fuq il-veloċità tal-apparat u l-effiċjenza kwantistika. Minħabba l-kumplessità tal-proċess, l-applikazzjoni prattika sħiħa ta' dawn iż-żewġ strutturi teħtieġ li tiġi esplorata aktar.
Ħin tal-posta: 14 ta' Novembru 2023