Het principe en de huidige situatie vanlawine fotodetector (APD -fotodetector) Deel twee
2.2 APD -chipstructuur
Redelijke chipstructuur is de basisgarantie van hoogwaardige apparaten. Het structurele ontwerp van APD beschouwt voornamelijk rekening met RC -tijdconstante, gatafvang bij heterojunctie, doorvoer door de carrier door uitputting regio enzovoort. De ontwikkeling van de structuur is hieronder samengevat:
(1) Basisstructuur
De eenvoudigste APD-structuur is gebaseerd op de PIN-fotodiode, het P-regio en het N-gebied zijn zwaar gedoteerd en het N-type of P-type dubbele repellante regio wordt geïntroduceerd in het aangrenzende P-gebied of N-gebied om secundaire elektronen en gatenparen te genereren, dus om de amplificatie van de primaire fotocurrent te realiseren. Voor inp-serie materialen, omdat de gat-impact ionisatiecoëfficiënt groter is dan de ionisatiecoëfficiënt van de elektroneninvloed, wordt het versterkingsgebied van N-type doping meestal in het P-gebied geplaatst. In een ideale situatie worden alleen gaten geïnjecteerd in het versterkingsgebied, dus deze structuur wordt een gat-geïnjecteerde structuur genoemd.
(2) absorptie en winst worden onderscheiden
Vanwege de brede band gap -kenmerken van INP (INP is 1,35ev en IngaaS is 0,75ev), wordt INP meestal gebruikt als het versterkingszonemateriaal en IngaaS als het absorptiezonemateriaal.
(3) De structuren van de absorptie, gradiënt en versterking (SAGM) worden respectievelijk voorgesteld
Op dit moment gebruiken de meeste commerciële APD -apparaten inp/ingaaads materiaal, IngaaS als absorptielaag, inp onder hoog elektrisch veld (> 5x105V/cm) zonder afbraak, kunnen worden gebruikt als een versterkingszonemateriaal. Voor dit materiaal is het ontwerp van deze APD dat het lawine-proces wordt gevormd in de N-type INP door de botsing van gaten. Gezien het grote verschil in de bandafstand tussen INP en InGAA's, maakt het energieniveauverschil van ongeveer 0,4EV in de valentieband de gaten die worden gegenereerd in de IngaAs -absorptielaag die aan de heterojunctie -rand worden geblokkeerd voordat de inp -multiplier -laag wordt bereikt en de snelheid is sterk gereduceerd, wat in een lange respons en smalle band van deze APD wordt bereikt. Dit probleem kan worden opgelost door een Ingaasp -overgangslaag tussen de twee materialen toe te voegen.
(4) De structuren van de absorptie, gradiënt, lading en versterking (SAGCM) worden respectievelijk voorgesteld
Om de verdeling van de elektrische veld van de absorptielaag en de versterkingslaag verder aan te passen, wordt de ladingslaag geïntroduceerd in het apparaatontwerp, wat de snelheid en het reactievermogen van het apparaat aanzienlijk verbetert.
(5) Resonator verbeterde (RCE) SAGCM -structuur
In het bovenstaande optimale ontwerp van traditionele detectoren moeten we het feit onder ogen zien dat de dikte van de absorptielaag een tegenstrijdige factor is voor de apparaatsnelheid en de kwantumefficiëntie. De dunne dikte van de absorberende laag kan de doorvoertijd van de drager verminderen, zodat een grote bandbreedte kan worden verkregen. Tegelijkertijd, om een hogere kwantumefficiëntie te verkrijgen, moet de absorptielaag echter voldoende dikte hebben. De oplossing voor dit probleem kan de structuur van de resonante holte (RCE) zijn, dat wil zeggen dat de gedistribueerde Bragg Reflector (DBR) onderaan en bovenaan het apparaat is ontworpen. De DBR -spiegel bestaat uit twee soorten materialen met een lage brekingsindex en een hoge brekingsindex in structuur, en de twee groeien afwisselend, en de dikte van elke laag voldoet aan de invallende lichtgolflengte 1/4 in de halfgeleider. De resonatorstructuur van de detector kan voldoen aan de snelheidsvereisten, de dikte van de absorptielaag kan zeer dun worden gemaakt en de kwantumefficiëntie van het elektron wordt verhoogd na verschillende reflecties.
(6) Rand-gekoppelde golfgeleiderstructuur (WG-APD)
Een andere oplossing om de tegenstelling van verschillende effecten van absorptielaagdikte op apparaatsnelheid en kwantumefficiëntie op te lossen, is het introduceren van een rand-gekoppelde golfgeleiderstructuur. Deze structuur komt van de zijkant in, omdat de absorptielaag erg lang is, het is gemakkelijk om een hoge kwantumefficiëntie te verkrijgen, en tegelijkertijd kan de absorptielaag zeer dun worden gemaakt, waardoor de doorvoertijd van de drager wordt verkort. Daarom lost deze structuur de verschillende afhankelijkheid van bandbreedte en efficiëntie op van de dikte van de absorptielaag en zal naar verwachting een hoge snelheid en hoge kwantumefficiëntie APD bereiken. Het proces van WG-APD is eenvoudiger dan dat van RCE APD, dat het gecompliceerde voorbereidingsproces van DBR-spiegel elimineert. Daarom is het haalbaarder in het praktische veld en geschikt voor een gemeenschappelijke optische vlakke optische verbinding.
3. Conclusie
De ontwikkeling van lawinefotodetectorMaterialen en apparaten worden beoordeeld. De ionisatiesnelheden van de elektronen- en gatbotsing van INP -materialen liggen dicht bij die van Inalas, wat leidt tot het dubbele proces van de twee dragersymbions, waardoor de lawinebouwtijd langer wordt en het geluid toeneemt. Vergeleken met zuivere INALAS -materialen, IngaaS (P) /Inalas en in (AL) GaAs /Inalas kwantumputstructuren hebben een verhoogde verhouding van botsingsionisatiecoëfficiënten, zodat de ruisprestaties sterk kunnen worden veranderd. In termen van structuur worden de resonatorverbeterde (RCE) SAGCM-structuur en edge-gekoppelde golfgeleiderstructuur (WG-APD) ontwikkeld om de tegenstrijdigheden van verschillende effecten van absorptielaag dikte op apparaatsnelheid en kwantumefficiëntie op te lossen. Vanwege de complexiteit van het proces moet de volledige praktische toepassing van deze twee structuren verder worden onderzocht.
Posttijd: nov-14-2023