Prinsip sareng kaayaan ayeunafotodetektor longsor (Fotodetektor APD) Bagian Dua
2.2 Struktur chip APD
Struktur chip anu lumrah mangrupikeun jaminan dasar alat kinerja tinggi. Desain struktural APD utamina mertimbangkeun konstanta waktos RC, panangkepan liang dina heterojunction, waktos transit pamawa ngaliwatan daérah deplesi sareng saterasna. Pamekaran strukturna diringkeskeun di handap ieu:
(1) Struktur dasar
Struktur APD anu paling saderhana dumasar kana fotodioda PIN, daérah P sareng daérah N didoping pisan, sareng daérah doubly-repellant tipe-N atanapi tipe-P diwanohkeun dina daérah P atanapi daérah N anu caket pikeun ngahasilkeun éléktron sekundér sareng pasangan liang, supados ngawujudkeun amplifikasi arus foto primér. Pikeun bahan séri InP, kusabab koefisien ionisasi dampak liang langkung ageung tibatan koefisien ionisasi dampak éléktron, daérah gain tina doping tipe-N biasana disimpen dina daérah P. Dina kaayaan anu idéal, ngan ukur liang anu diinjeksikeun kana daérah gain, janten struktur ieu disebut struktur anu diinjeksi liang.
(2) Nyerep jeung meunangkeun dibédakeun
Kusabab karakteristik celah pita InP anu lega (InP nyaéta 1.35 eV sareng InGaAs nyaéta 0.75 eV), InP biasana dianggo salaku bahan zona gain sareng InGaAs salaku bahan zona absorpsi.
(3) Struktur panyerepan, gradien sareng gain (SAGM) masing-masing diusulkeun
Ayeuna, kalolobaan alat APD komérsial nganggo bahan InP/InGaAs, InGaAs salaku lapisan panyerepan, InP dina medan listrik anu luhur (>5x105V/cm) tanpa karusakan, tiasa dianggo salaku bahan zona gain. Pikeun bahan ieu, desain APD ieu nyaéta prosés longsoran dibentuk dina InP tipe-N ku tabrakan liang. Nginget bédana anu ageung dina celah pita antara InP sareng InGaAs, bédana tingkat énergi sakitar 0.4eV dina pita valénsi ngajantenkeun liang anu dihasilkeun dina lapisan panyerepan InGaAs kahambat dina ujung heterojunction sateuacan ngahontal lapisan pengali InP sareng kecepatanana dikirangan pisan, ngahasilkeun waktos réspon anu panjang sareng bandwidth anu sempit tina APD ieu. Masalah ieu tiasa direngsekeun ku nambihan lapisan transisi InGaAsP antara dua bahan.
(4) Struktur panyerepan, gradien, muatan sareng gain (SAGCM) masing-masing diusulkeun
Dina raraga langkung nyaluyukeun distribusi médan listrik tina lapisan panyerepan sareng lapisan gain, lapisan muatan diwanohkeun kana desain alat, anu ningkatkeun pisan kecepatan sareng résponsifitas alat.
(5) Struktur SAGCM anu ditingkatkeun ku resonator (RCE)
Dina desain optimal detektor tradisional di luhur, urang kedah nyanghareupan kanyataan yén ketebalan lapisan panyerepan mangrupikeun faktor anu kontradiktif pikeun kecepatan alat sareng efisiensi kuantum. Ketebalan ipis lapisan panyerep tiasa ngirangan waktos transit pamawa, janten bandwidth anu ageung tiasa didapet. Nanging, dina waktos anu sami, pikeun kéngingkeun efisiensi kuantum anu langkung luhur, lapisan panyerepan kedah gaduh ketebalan anu cekap. Solusi pikeun masalah ieu tiasa janten struktur rongga resonansi (RCE), nyaéta, Reflektor Bragg anu disebarkeun (DBR) dirancang di handapeun sareng luhur alat. Eunteung DBR diwangun ku dua jinis bahan kalayan indéks bias anu handap sareng indéks bias anu luhur dina strukturna, sareng duanana tumuwuh silih ganti, sareng ketebalan unggal lapisan nyumponan panjang gelombang cahaya datang 1/4 dina semikonduktor. Struktur resonator detektor tiasa nyumponan sarat kecepatan, ketebalan lapisan panyerepan tiasa didamel ipis pisan, sareng efisiensi kuantum éléktron ningkat saatos sababaraha pantulan.
(6) Struktur pandu gelombang gandeng ujung (WG-APD)
Solusi séjén pikeun ngarengsekeun kontradiksi tina pangaruh ketebalan lapisan panyerepan anu béda kana kecepatan alat sareng efisiensi kuantum nyaéta ku cara ngenalkeun struktur pandu gelombang gandeng ujung. Struktur ieu ngasupkeun cahaya ti sisi, kusabab lapisan panyerepan panjang pisan, gampang pikeun kéngingkeun efisiensi kuantum anu luhur, sareng dina waktos anu sami, lapisan panyerepan tiasa didamel ipis pisan, ngirangan waktos transit pamawa. Ku alatan éta, struktur ieu ngarengsekeun gumantungna bandwidth sareng efisiensi anu béda kana ketebalan lapisan panyerepan, sareng diperkirakeun bakal ngahontal laju anu luhur sareng efisiensi kuantum anu luhur APD. Prosés WG-APD langkung saderhana tibatan RCE APD, anu ngaleungitkeun prosés persiapan eunteung DBR anu rumit. Ku alatan éta, éta langkung réalistis dina widang praktis sareng cocog pikeun sambungan optik bidang umum.
3. Kacindekan
Kamekaran longsoran saljufotodetektorbahan sareng alat-alatna diulas. Laju ionisasi tabrakan éléktron sareng liang tina bahan InP caket sareng InAlAs, anu ngarah kana prosés ganda tina dua simbion pamawa, anu ngajantenkeun waktos ngawangun longsoran langkung lami sareng noise ningkat. Dibandingkeun sareng bahan InAlAs murni, struktur sumur kuantum InGaAs (P) /InAlAs sareng In (Al) GaAs/InAlAs gaduh rasio koefisien ionisasi tabrakan anu ningkat, janten kinerja noise tiasa robih pisan. Dina hal struktur, struktur SAGCM anu ditingkatkeun resonator (RCE) sareng struktur pandu gelombang gandeng ujung (WG-APD) dikembangkeun pikeun ngarengsekeun kontradiksi tina pangaruh anu béda tina ketebalan lapisan panyerepan kana kecepatan alat sareng efisiensi kuantum. Kusabab kompleksitas prosésna, aplikasi praktis lengkep tina dua struktur ieu kedah ditalungtik langkung jauh.
Waktos posting: 14 Nopémber 2023