Ang prinsipyo at kasalukuyang sitwasyon ngAvalanche Photodetector (APD Photodetector) Bahagi dalawa
2.2 APD Chip Structure
Ang makatuwirang istraktura ng chip ay ang pangunahing garantiya ng mga aparato ng mataas na pagganap. Ang istruktura ng istruktura ng APD higit sa lahat ay isinasaalang -alang ang RC oras na pare -pareho, pagkuha ng butas sa heterojunction, oras ng transit ng carrier sa pamamagitan ng pag -ubos ng rehiyon at iba pa. Ang pag -unlad ng istraktura nito ay buod sa ibaba:
(1) Pangunahing istraktura
Ang pinakasimpleng istraktura ng APD ay batay sa PIN photodiode, ang rehiyon ng P at N na rehiyon ay mabigat na doped, at ang N-type o p-type na doble-repellant na rehiyon ay ipinakilala sa katabing P rehiyon o N na rehiyon upang makabuo ng pangalawang elektron at mga pares ng butas, upang mapagtanto ang pagpapalakas ng pangunahing photocurrent. Para sa mga materyales sa serye ng INP, dahil ang koepisyent ng epekto ng ionization ng butas ay mas malaki kaysa sa koepisyent ng ionization ng epekto ng elektron, ang pagkakaroon ng rehiyon ng n-type na doping ay karaniwang inilalagay sa rehiyon ng P. Sa isang mainam na sitwasyon, ang mga butas lamang ang na-injected sa rehiyon ng pakinabang, kaya ang istraktura na ito ay tinatawag na isang istraktura na na-injected na butas.
(2) Ang pagsipsip at pakinabang ay nakikilala
Dahil sa malawak na mga katangian ng agwat ng banda ng INP (ang INP ay 1.35EV at ang IngaAs ay 0.75EV), ang INP ay karaniwang ginagamit bilang materyal na gain zone at IngaaS bilang materyal na pagsipsip ng zone.
(3) Ang pagsipsip, gradient at pakinabang (SAGM) na mga istraktura ay iminungkahi ayon sa pagkakabanggit
Sa kasalukuyan, ang karamihan sa mga komersyal na aparato ng APD ay gumagamit ng materyal na INP/Igraas, ang InGaaS bilang layer ng pagsipsip, INP sa ilalim ng mataas na larangan ng kuryente (> 5x105V/cm) nang walang pagkasira, ay maaaring magamit bilang isang materyal na gain zone. Para sa materyal na ito, ang disenyo ng APD na ito ay ang proseso ng avalanche ay nabuo sa N-type na INP sa pamamagitan ng pagbangga ng mga butas. Isinasaalang -alang ang malaking pagkakaiba sa agwat ng banda sa pagitan ng INP at InGaAs, ang pagkakaiba ng antas ng enerhiya ng halos 0.4EV sa valence band ay ginagawang mga butas na nabuo sa IngaaS na pagsipsip ng layer na naharang sa heterojunction edge bago maabot ang InP multiplier layer at ang bilis ay lubos na nabawasan, na nagreresulta sa isang mahabang oras ng pagtugon at makitid na bandwidth ng APD na ito. Ang problemang ito ay maaaring malutas sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang layer ng paglipat ng Ingaasp sa pagitan ng dalawang materyales.
(4) Ang pagsipsip, gradient, singil at pakinabang (SAGCM) na mga istraktura ay iminungkahi ayon sa pagkakabanggit
Upang higit pang ayusin ang pamamahagi ng patlang ng kuryente ng layer ng pagsipsip at ang layer ng pakinabang, ang layer ng singil ay ipinakilala sa disenyo ng aparato, na lubos na nagpapabuti sa bilis at pagtugon ng aparato.
(5) Ang istraktura ng SAGCM ng Resonator (RCE)
Sa itaas na pinakamainam na disenyo ng mga tradisyunal na detektor, dapat nating harapin ang katotohanan na ang kapal ng layer ng pagsipsip ay isang magkakasalungat na kadahilanan para sa bilis ng aparato at kahusayan ng dami. Ang manipis na kapal ng sumisipsip na layer ay maaaring mabawasan ang oras ng transit ng carrier, kaya maaaring makuha ang isang malaking bandwidth. Gayunpaman, sa parehong oras, upang makakuha ng mas mataas na kahusayan sa dami, ang layer ng pagsipsip ay kailangang magkaroon ng sapat na kapal. Ang solusyon sa problemang ito ay maaaring maging istraktura ng resonant cavity (RCE), iyon ay, ang ipinamamahagi na Bragg reflector (DBR) ay dinisenyo sa ilalim at tuktok ng aparato. Ang salamin ng DBR ay binubuo ng dalawang uri ng mga materyales na may mababang refractive index at mataas na refractive index sa istraktura, at ang dalawa ay lumalaki nang halili, at ang kapal ng bawat layer ay nakakatugon sa insidente ng light wavelength 1/4 sa semiconductor. Ang istraktura ng resonator ng detektor ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan sa bilis, ang kapal ng layer ng pagsipsip ay maaaring gawin nang napaka manipis, at ang kahusayan ng dami ng elektron ay nadagdagan pagkatapos ng ilang mga pagmuni -muni.
(6) Istraktura ng Waveguide ng Edge-Coupled (WG-APD)
Ang isa pang solusyon upang malutas ang pagkakasalungatan ng iba't ibang mga epekto ng kapal ng pagsipsip ng layer sa bilis ng aparato at kahusayan ng dami ay upang ipakilala ang istraktura ng waveguide na may kaukulang. Ang istraktura na ito ay pumapasok sa ilaw mula sa gilid, dahil ang layer ng pagsipsip ay napakatagal, madaling makakuha ng mataas na kahusayan sa dami, at sa parehong oras, ang layer ng pagsipsip ay maaaring gawin nang manipis, binabawasan ang oras ng transit ng carrier. Samakatuwid, ang istraktura na ito ay malulutas ang iba't ibang pag -asa ng bandwidth at kahusayan sa kapal ng layer ng pagsipsip, at inaasahang makamit ang mataas na rate at mataas na kahusayan sa kabuuan ng APD. Ang proseso ng WG-APD ay mas simple kaysa sa RCE APD, na nag-aalis ng kumplikadong proseso ng paghahanda ng salamin ng DBR. Samakatuwid, mas magagawa ito sa praktikal na larangan at angkop para sa karaniwang koneksyon sa optical na eroplano.
3. Konklusyon
Ang pag -unlad ng AvalanchePhotodetectorSinusuri ang mga materyales at aparato. Ang mga rate ng ionization ng elektron at butas ng banggaan ng mga materyales sa INP ay malapit sa mga inalas, na humahantong sa dobleng proseso ng dalawang simbolo ng carrier, na ginagawang mas mahaba ang oras ng pagtatayo ng avalanche at tumaas ang ingay. Kung ikukumpara sa mga purong inalas na materyales, ang InGaaS (P) /Inalas at sa (AL) GaAs /Inalas Quantum Well Structures ay may isang pagtaas ng ratio ng mga coefficients ng pagbangga ng banggaan, kaya ang pagganap ng ingay ay maaaring mabago. Sa mga tuntunin ng istraktura, ang resonator na pinahusay (RCE) SAGCM na istraktura at istraktura ng waveguide na istraktura (WG-APD) ay binuo upang malutas ang mga pagkakasalungatan ng iba't ibang mga epekto ng kapal ng pagsipsip ng layer sa bilis ng aparato at kahusayan ng dami. Dahil sa pagiging kumplikado ng proseso, ang buong praktikal na aplikasyon ng dalawang istrukturang ito ay kailangang higit pang galugarin.
Oras ng Mag-post: Nob-14-2023