It prinsipe en de hjoeddeistige situaasje fanlawine fotodetektor (APD-fotodetektor) Diel Twa
2.2 APD-chipstruktuer
In ridlike chipstruktuer is de basisgarânsje foar apparaten mei hege prestaasjes. It strukturele ûntwerp fan APD hâldt benammen rekken mei RC-tiidkonstante, gatfangst by heterojunction, trochgongstiid fan 'e drager troch it útputtingsgebiet en sa fierder. De ûntwikkeling fan syn struktuer wurdt hjirûnder gearfette:
(1) Basisstruktuer
De ienfâldichste APD-struktuer is basearre op 'e PIN-fotodiode, de P-regio en N-regio binne swier dopeare, en de dûbel-ôfstjittende regio fan it N-type of P-type wurdt ynfierd yn 'e oanbuorjende P-regio of N-regio om sekundêre elektroanen en gatpearen te generearjen, om sa de fersterking fan 'e primêre fotostroom te realisearjen. Foar materialen út 'e InP-searje, om't de gat-ynslachionisaasjekoëffisjint grutter is as de elektron-ynslachionisaasjekoëffisjint, wurdt it fersterkingsgebiet fan N-type doping meastal yn it P-gebiet pleatst. Yn in ideale situaasje wurde allinich gatten yn it fersterkingsgebiet ynjektearre, dus dizze struktuer wurdt in gat-ynjektearre struktuer neamd.
(2) Absorpsje en winst wurde ûnderskieden
Fanwegen de brede bandgap-eigenskippen fan InP (InP is 1.35 eV en InGaAs is 0.75 eV), wurdt InP meastentiids brûkt as it materiaal fan 'e fersterkingsône en InGaAs as it materiaal fan 'e absorpsjesône.
(3) De absorpsje-, gradiënt- en fersterkingsstrukturen (SAGM) wurde respektivelik foarsteld
Op it stuit brûke de measte kommersjele APD-apparaten InP/InGaAs-materiaal, InGaAs as de absorpsjelaach, InP ûnder in heech elektrysk fjild (>5x105V/cm) sûnder trochbraak, kin brûkt wurde as in fersterkingsônemateriaal. Foar dit materiaal is it ûntwerp fan dizze APD sa dat it lawineproses foarme wurdt yn 'e N-type InP troch de botsing fan gatten. Mei it each op it grutte ferskil yn 'e bandgap tusken InP en InGaAs, soarget it enerzjynivo-ferskil fan sawat 0.4 eV yn 'e valensband derfoar dat de gatten dy't generearre wurde yn 'e InGaAs-absorpsjelaach blokkearre wurde oan 'e heterojunction-râne foardat se de InP-multiplikatorlaach berikke en de snelheid wurdt sterk fermindere, wat resulteart yn in lange reaksjetiid en smelle bânbreedte fan dizze APD. Dit probleem kin oplost wurde troch in InGaAsP-oergongslaach ta te foegjen tusken de twa materialen.
(4) De absorpsje-, gradiënt-, lading- en fersterkingsstrukturen (SAGCM) wurde respektivelik foarsteld
Om de ferdieling fan it elektryske fjild fan 'e absorpsjelaach en de fersterkingslaach fierder oan te passen, wurdt de ladingslaach yn it ûntwerp fan it apparaat ynfierd, wat de snelheid en reaksjefermogen fan it apparaat sterk ferbetteret.
(5) Resonatorferbettere (RCE) SAGCM-struktuer
Yn it boppesteande optimale ûntwerp fan tradisjonele detektors moatte wy it feit ûnder eagen sjen dat de dikte fan 'e absorpsjelaach in tsjinstridige faktor is foar de snelheid fan it apparaat en de kwantumeffisjinsje. De tinne dikte fan 'e absorberende laach kin de trochgongstiid fan 'e drager ferminderje, sadat in grutte bânbreedte krigen wurde kin. Tagelyk moat de absorpsjelaach lykwols in foldwaande dikte hawwe om in hegere kwantumeffisjinsje te krijen. De oplossing foar dit probleem kin de resonante holte (RCE) struktuer wêze, dat wol sizze, de ferspraat Bragg Reflector (DBR) is ûntwurpen oan 'e ûnderkant en boppekant fan it apparaat. De DBR-spegel bestiet út twa soarten materialen mei in lege brekingsyndeks en in hege brekingsyndeks yn struktuer, en de twa groeie ôfwikseljend, en de dikte fan elke laach foldocht oan 'e ynfallende ljochtgolflingte 1/4 yn 'e healgeleider. De resonatorstruktuer fan 'e detektor kin foldwaan oan 'e snelheidseasken, de dikte fan 'e absorpsjelaach kin tige tin makke wurde, en de kwantumeffisjinsje fan it elektron wurdt ferhege nei ferskate refleksjes.
(6) Râne-keppele golfliederstruktuer (WG-APD)
In oare oplossing om de tsjinstelling fan ferskate effekten fan 'e dikte fan' e absorpsjelaach op apparaatsnelheid en kwantumeffisjinsje op te lossen is it ynfieren fan in râne-keppele golfliederstruktuer. Dizze struktuer komt ljocht fan 'e kant yn, om't de absorpsjelaach tige lang is, is it maklik om hege kwantumeffisjinsje te krijen, en tagelyk kin de absorpsjelaach tige tin makke wurde, wêrtroch't de trochgongstiid fan 'e drager ferminderet. Dêrom lost dizze struktuer de ferskillende ôfhinklikens fan bânbreedte en effisjinsje op 'e dikte fan' e absorpsjelaach op, en wurdt ferwachte dat it in hege taryf en hege kwantumeffisjinsje APD berikt. It proses fan WG-APD is ienfâldiger as dat fan RCE APD, wat it yngewikkelde tariedingsproses fan 'e DBR-spegel elimineert. Dêrom is it mear te dwaan yn it praktyske fjild en geskikt foar optyske ferbiningen fan it mienskiplike flak.
3. Konklúzje
De ûntwikkeling fan lawinefotodetektormaterialen en apparaten wurdt besjoen. De botsingsionisaasjesnelheden fan elektronen en gatten fan InP-materialen lizze ticht by dy fan InAlAs, wat liedt ta it dûbele proses fan 'e twa dragersymbions, wêrtroch't de lawineboutiid langer is en it lûd tanimt. Yn ferliking mei suvere InAlAs-materialen hawwe InGaAs (P) /InAlAs en In (Al) GaAs / InAlAs kwantumputstrukturen in ferhege ferhâlding fan botsingsionisaasjekoëffisiënten, sadat de lûdsprestaasjes sterk feroare wurde kinne. Wat struktuer oanbelanget, binne resonatorfersterke (RCE) SAGCM-struktuer en rânegekoppelde golfliederstruktuer (WG-APD) ûntwikkele om de tsjinstellingen fan ferskate effekten fan absorpsjelaachdikte op apparaatsnelheid en kwantumeffisjinsje op te lossen. Fanwegen de kompleksiteit fan it proses moat de folsleine praktyske tapassing fan dizze twa struktueren fierder ûndersocht wurde.
Pleatsingstiid: 14 novimber 2023