Ang prinsipyo at kasalukuyang sitwasyon ngavalanche photodetector (APD photodetector) Ikalawang bahagi
2.2 Estruktura ng chip ng APD
Ang makatwirang istraktura ng chip ay ang pangunahing garantiya ng mga device na may mataas na pagganap.Ang structural design ng APD ay pangunahing isinasaalang-alang ang RC time constant, hole capture sa heterojunction, carrier transit time sa pamamagitan ng depletion region at iba pa.Ang pagbuo ng istraktura nito ay buod sa ibaba:
(1) Pangunahing istruktura
Ang pinakasimpleng istraktura ng APD ay batay sa PIN photodiode, ang rehiyon ng P at ang rehiyon ng N ay mabigat na doped, at ang rehiyon ng N-type o P-type na doble-repellant ay ipinakilala sa katabing rehiyon ng P o N rehiyon upang makabuo ng mga pangalawang electron at butas. mga pares, upang mapagtanto ang pagpapalakas ng pangunahing photocurrent.Para sa mga materyales ng serye ng InP, dahil ang koepisyent ng ionization ng epekto ng butas ay mas malaki kaysa sa koepisyent ng ionization ng epekto ng elektron, ang rehiyon ng nakuha 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 gain region, kaya ang istraktura na ito ay tinatawag na hole-injected structure.
(2) Nakikilala ang absorption at gain
Dahil sa malawak na band gap na katangian ng InP (InP ay 1.35eV at InGaAs ay 0.75eV), ang InP ay karaniwang ginagamit bilang gain zone material at InGaAs bilang absorption zone material.
(3) Ang mga istruktura ng absorption, gradient at gain (SAGM) ay iminungkahi ayon sa pagkakabanggit
Sa kasalukuyan, karamihan sa mga komersyal na APD device ay gumagamit ng InP/InGaAs na materyal, ang InGaAs bilang absorption layer, InP sa ilalim ng mataas na electric field (>5x105V/cm) nang walang breakdown, ay maaaring gamitin bilang isang gain zone material.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 sa antas ng enerhiya na humigit-kumulang 0.4eV sa valence band ay ginagawang ang mga butas na nabuo sa layer ng pagsipsip ng InGaAs ay nakaharang sa gilid ng heterojunction bago maabot ang layer ng multiplier ng InP at ang bilis ay lubos. nabawasan, na nagreresulta sa mahabang oras ng pagtugon at makitid na bandwidth ng APD na ito.Ang problemang ito ay malulutas sa pamamagitan ng pagdaragdag ng InGaAsP transition layer sa pagitan ng dalawang materyales.
(4) Ang mga istruktura ng absorption, gradient, charge and gain (SAGCM) ay iminungkahi ayon sa pagkakabanggit
Upang higit pang maisaayos ang distribusyon ng electric field ng absorption layer at ang gain layer, ang charge layer ay ipinakilala sa disenyo ng device, na lubos na nagpapahusay sa bilis at pagtugon ng device.
(5) Resonator enhanced (RCE) SAGCM na istraktura
Sa pinakamainam na disenyo sa itaas ng mga tradisyunal na detektor, dapat nating harapin ang katotohanan na ang kapal ng layer ng pagsipsip ay isang magkasalungat na kadahilanan para sa bilis ng aparato at kahusayan sa kabuuan.Ang manipis na kapal ng absorbing layer ay maaaring mabawasan ang carrier transit time, kaya isang malaking bandwidth ang maaaring makuha.Gayunpaman, sa parehong oras, upang makakuha ng mas mataas na kahusayan sa kabuuan, ang layer ng pagsipsip ay kailangang magkaroon ng sapat na kapal.Ang solusyon sa problemang ito ay maaaring ang resonant cavity (RCE) na istraktura, iyon ay, ang distributed Bragg Reflector (DBR) ay idinisenyo sa ibaba at itaas ng device.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 na 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 gawing napakanipis, at ang kahusayan ng quantum ng elektron ay nadagdagan pagkatapos ng ilang mga pagmuni-muni.
(6) Edge-coupled waveguide structure (WG-APD)
Ang isa pang solusyon upang malutas ang kontradiksyon ng iba't ibang mga epekto ng kapal ng pagsipsip ng layer sa bilis ng device at kahusayan ng dami ay ang pagpapakilala ng edge-coupled waveguide structure.Ang istrakturang ito ay pumapasok sa liwanag mula sa gilid, dahil ang layer ng pagsipsip ay napakahaba, madaling makakuha ng mataas na kahusayan sa kabuuan, at sa parehong oras, ang layer ng pagsipsip ay maaaring gawing masyadong manipis, na binabawasan ang oras ng transportasyon ng carrier.Samakatuwid, nilulutas ng istrukturang ito ang iba't ibang pag-asa ng bandwidth at kahusayan sa kapal ng layer ng pagsipsip, at inaasahang makakamit ang mataas na rate at mataas na kahusayan ng quantum 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, ito ay mas magagawa sa praktikal na larangan at angkop para sa karaniwang eroplanong optical na koneksyon.
3. Konklusyon
Ang pag-unlad ng avalanchephotodetectorsinusuri ang mga materyales at kagamitan.Ang mga rate ng ionization ng electron at hole collision ng mga materyales ng InP ay malapit sa mga InAlA, na humahantong sa dobleng proseso ng dalawang symbions ng carrier, na ginagawang mas mahaba ang oras ng pagbuo ng avalanche at tumaas ang ingay.Kung ikukumpara sa mga purong InAlAs na materyales, ang InGaAs (P) /InAlAs at In (Al) GaAs/InAlAs quantum well structures ay may mas mataas na ratio ng collision ionization coefficients, kaya ang pagganap ng ingay ay maaaring magbago nang malaki.Sa mga tuntunin ng istraktura, ang resonator enhanced (RCE) SAGCM na istraktura at edge-coupled waveguide structure (WG-APD) ay binuo upang malutas ang mga kontradiksyon ng iba't ibang epekto ng kapal ng pagsipsip ng layer sa bilis ng device at kahusayan sa dami.Dahil sa pagiging kumplikado ng proseso, ang buong praktikal na aplikasyon ng dalawang istrukturang ito ay kailangang higit pang tuklasin.
Oras ng post: Nob-14-2023