El principi i la situació actual defotodetector d'Avalanche (Fotodetector APD) Part segona
2,2 Estructura de xip APD
L’estructura de xip raonable és la garantia bàsica dels dispositius d’alt rendiment. El disseny estructural de l’APD considera principalment constant de temps RC, captura de forats a l’heterojunció, el temps de transport del transportista a través de la regió d’esgotament, etc. A continuació, es resumeix el desenvolupament de la seva estructura:
(1) Estructura bàsica
L’estructura APD més simple es basa en el fotodiode PIN, la regió P i la regió N estan fortament dopades, i la regió doblement de tipus N o tipus P s’introdueix a la regió P o a la regió N adjacents per generar electrons secundaris i parells de forat, de manera que s’adonen de l’amplificació de la fotocurrent primària. Per als materials de la sèrie INP, perquè el coeficient d’ionització d’impacte del forat és superior al coeficient d’ionització d’impacte d’electrons, la regió de guany del dopatge de tipus N sol situar-se a la regió P. En una situació ideal, només s’injecten forats a la regió de guany, de manera que aquesta estructura s’anomena estructura injectada per forats.
(2) es distingeixen l'absorció i el guany
A causa de les característiques de la bretxa de banda àmplia de l'INP (INP és de 1,35EV i IngaaS és de 0,75EV), l'INP s'utilitza normalment com a material de la zona de guany i InGaAS com a material de la zona d'absorció.
(3) Es proposen respectivament les estructures d’absorció, gradient i guany (SAGM)
Actualment, la majoria de dispositius APD comercials utilitzen material INP/Ingaas, IngaaS com a capa d’absorció, INP sota camp elèctric alt (> 5x105V/cm) sense desglossament, es pot utilitzar com a material de zona de guany. Per a aquest material, el disseny d’aquest APD és que el procés d’allaus es forma a l’INP de tipus N mitjançant la col·lisió de forats. Tenint en compte la gran diferència en la bretxa de banda entre l’INP i l’INGAAs, la diferència de nivell d’energia d’uns 0,4EV a la banda de valència fa que els forats generats a la capa d’absorció InGaAS obstruïts a la vora d’heterojunció abans d’arribar a la capa multiplicadora INP i la velocitat es redueixi molt, donant lloc a un temps de resposta llarg i a l’amplada de banda estreta d’aquest APD. Aquest problema es pot solucionar afegint una capa de transició Ingaasp entre els dos materials.
(4) Les estructures d'absorció, gradient, de càrrega i guany (SAGCM) es proposen respectivament
Per tal d’ajustar encara més la distribució del camp elèctric de la capa d’absorció i la capa de guany, la capa de càrrega s’introdueix al disseny del dispositiu, que millora considerablement la velocitat i la resposta del dispositiu.
(5) Estructura SAGCM millorada del ressonador (RCE)
En el disseny òptim anterior dels detectors tradicionals, hem de fer front al fet que el gruix de la capa d’absorció és un factor contradictori per a la velocitat del dispositiu i l’eficiència quàntica. El gruix prim de la capa absorbent pot reduir el temps de trànsit del transportista, de manera que es pot obtenir una amplada de banda gran. Tanmateix, alhora, per obtenir una major eficiència quàntica, la capa d’absorció ha de tenir un gruix suficient. La solució a aquest problema pot ser l'estructura de la cavitat ressonant (RCE), és a dir, el reflector Bragg distribuït (DBR) està dissenyada a la part inferior i a la part superior del dispositiu. El mirall DBR consta de dos tipus de materials amb un índex de refracció baixa i un alt índex de refracció en estructura, i els dos creixen alternativament, i el gruix de cada capa compleix la longitud d’ona de la llum incident 1/4 en el semiconductor. L’estructura del ressonador del detector pot complir els requisits de velocitat, el gruix de la capa d’absorció es pot fer molt prim i l’eficiència quàntica de l’electró s’incrementa després de diverses reflexions.
(6) Estructura de guies d'ona acoblada a la vora (WG-APD)
Una altra solució per resoldre la contradicció de diferents efectes del gruix de la capa d’absorció sobre la velocitat del dispositiu i l’eficiència quàntica és introduir l’estructura de guies d’ona acoblada a la vora. Aquesta estructura entra a la llum des del costat, perquè la capa d’absorció és molt llarga, és fàcil obtenir una alta eficiència quàntica i, alhora, la capa d’absorció es pot fer molt fina, reduint el temps de trànsit del portador. Per tant, aquesta estructura soluciona la diferent dependència de l'ample de banda i l'eficiència del gruix de la capa d'absorció i s'espera que aconsegueixi una alta taxa i una alta eficiència quàntica APD. El procés de WG-APD és més senzill que el de RCE APD, que elimina el complicat procés de preparació del mirall DBR. Per tant, és més factible en el camp pràctic i adequat per a la connexió òptica del pla comú.
3. Conclusió
El desenvolupament de l’allaufotodetectorEs revisa materials i dispositius. Les taxes d’ionització de col·lisió d’electrons i forats dels materials INP s’aproximen a les d’Inalas, cosa que condueix al doble procés de les dues simbsis transportistes, cosa que fa que l’edifici de l’avaluació sigui més llarg i augmenti el soroll. En comparació amb els materials purs inAlas, InGaaS (P) /InaLAs i en (Al) GaAS /InaLAS Pell Les estructures de pou quàntic tenen una proporció augmentada de coeficients d’ionització de col·lisió, de manera que es pot canviar molt el rendiment del soroll. En termes d’estructura, l’estructura SAGCM millorada del ressonador (RCE) i l’estructura de guies d’ona acoblada a la vora (WG-APD) es desenvolupen per tal de resoldre les contradiccions de diferents efectes del gruix de la capa d’absorció sobre la velocitat del dispositiu i l’eficiència quàntica. A causa de la complexitat del procés, cal explorar més l’aplicació pràctica d’aquestes dues estructures.
Post Horari: 14-2023 de novembre