Ang prinsipyo at kasalukuyang sitwasyon ngphotodetector ng avalanche (Detektor ng APD) Ikalawang Bahagi
2.2 Istruktura ng chip ng APD
Ang makatwirang istruktura ng chip ang pangunahing garantiya ng mga aparatong may mataas na pagganap. Ang disenyo ng istruktura ng APD ay pangunahing isinasaalang-alang ang RC time constant, hole capture sa heterojunction, carrier transit time sa depletion region at iba pa. Ang pag-unlad ng istruktura nito ay nakabuod sa ibaba:
(1) Pangunahing istruktura
Ang pinakasimpleng istruktura ng APD ay batay sa PIN photodiode, ang rehiyon ng P at rehiyon ng N ay mabigat na na-doping, at ang rehiyon ng N-type o P-type na doubly-repellant ay ipinakikilala sa katabing rehiyon ng P o rehiyon ng N upang makabuo ng mga pangalawang electron at mga pares ng butas, upang maisakatuparan ang paglaki ng pangunahing photocurrent. Para sa mga materyales ng serye ng InP, dahil ang koepisyent ng ionization ng butas ay mas malaki kaysa sa koepisyent ng ionization ng epekto ng electron, ang rehiyon ng gain ng N-type na doping ay karaniwang inilalagay sa rehiyon ng P. Sa isang mainam na sitwasyon, tanging mga butas lamang ang ini-inject sa rehiyon ng gain, kaya ang istrukturang ito ay tinatawag na istrukturang ini-inject ng butas.
(2) Nakikilala ang pagsipsip at ang pagtaas
Dahil sa malapad na katangian ng band gap ng InP (ang InP ay 1.35 eV at ang InGaAs ay 0.75 eV), ang InP ay karaniwang ginagamit bilang materyal sa gain zone at ang InGaAs bilang materyal sa absorption zone.
(3) Ang mga istrukturang absorption, gradient at gain (SAGM) ay iminungkahi ayon sa pagkakabanggit.
Sa kasalukuyan, karamihan sa mga komersyal na aparato ng APD ay gumagamit ng materyal na InP/InGaAs, ang InGaAs bilang absorption layer, ang InP sa ilalim ng mataas na electric field (>5x105V/cm2) nang walang breakdown, ay maaaring gamitin bilang materyal na gain zone. Para sa materyal na ito, ang disenyo ng APD na ito ay ang proseso ng avalanche ay nabubuo sa N-type na InP sa pamamagitan ng banggaan ng mga butas. Kung isasaalang-alang ang malaking pagkakaiba sa band gap sa pagitan ng InP at InGaAs, ang pagkakaiba sa antas ng enerhiya na humigit-kumulang 0.4eV sa valence band ay nagiging sanhi ng pagharang sa mga butas na nabuo sa absorption layer ng InGaAs sa gilid ng heterojunction bago maabot ang layer ng InP multiplier at ang bilis ay lubhang nababawasan, na nagreresulta sa mahabang oras ng pagtugon at makitid na bandwidth ng APD na ito. Ang problemang ito ay maaaring malutas sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang InGaAsP transition layer sa pagitan ng dalawang materyales.
(4) Ang mga istrukturang absorption, gradient, charge at gain (SAGCM) ay iminungkahi ayon sa pagkakabanggit.
Upang higit pang isaayos ang distribusyon ng electric field ng absorption layer at gain layer, ipinakikilala ang charge layer sa disenyo ng device, na lubos na nagpapabuti sa bilis at kakayahang tumugon ng device.
(5) Istrukturang SAGCM na pinahusay ng resonator (RCE)
Sa nabanggit na pinakamainam na disenyo ng mga tradisyunal na detektor, dapat nating harapin ang katotohanan na ang kapal ng absorption layer ay isang magkasalungat na salik para sa bilis ng aparato at quantum efficiency. Ang manipis na kapal ng absorbing layer ay maaaring magpababa sa oras ng pagdaan ng carrier, kaya maaaring makuha ang isang malaking bandwidth. Gayunpaman, kasabay nito, upang makakuha ng mas mataas na quantum efficiency, ang absorption layer ay kailangang magkaroon ng sapat na kapal. Ang solusyon sa problemang ito ay maaaring ang resonant cavity (RCE) structure, ibig sabihin, ang distributed Bragg Reflector (DBR) ay dinisenyo sa ibaba at itaas ng aparato. Ang DBR mirror ay binubuo ng dalawang uri ng materyales na may mababang refractive index at mataas na refractive index sa istraktura, at ang dalawa ay lumalaki nang salitan, at ang kapal ng bawat layer ay nakakatugon sa incident light wavelength na 1/4 sa semiconductor. Ang resonator structure ng detector ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan sa bilis, ang kapal ng absorption layer ay maaaring gawing napakanipis, at ang quantum efficiency ng electron ay tumataas pagkatapos ng ilang repleksyon.
(6) Istrukturang waveguide na may kaakibat na gilid (WG-APD)
Ang isa pang solusyon upang malutas ang kontradiksyon ng iba't ibang epekto ng kapal ng absorption layer sa bilis ng device at quantum efficiency ay ang pagpapakilala ng edge-coupled waveguide structure. Ang istrukturang ito ay pumapasok sa liwanag mula sa gilid, dahil napakahaba ng absorption layer, madaling makakuha ng mataas na quantum efficiency, at kasabay nito, ang absorption layer ay maaaring gawing napakanipis, na binabawasan ang oras ng pagdaan ng carrier. Samakatuwid, nilulutas ng istrukturang ito ang iba't ibang dependence ng bandwidth at efficiency sa kapal ng absorption layer, at inaasahang makakamit ang mataas na rate at mataas na quantum efficiency APD. Ang proseso ng WG-APD ay mas simple kaysa sa RCE APD, na nag-aalis ng kumplikadong proseso ng paghahanda ng DBR mirror. Samakatuwid, mas magagawa ito sa praktikal na larangan at angkop para sa common plane optical connection.
3. Konklusyon
Ang pag-unlad ng avalanchephotodetectorSinusuri ang mga materyales at aparato. Ang mga rate ng ionization ng banggaan ng electron at hole ng mga materyales na InP ay malapit sa mga InAlAs, na humahantong sa dobleng proseso ng dalawang symbion ng carrier, na nagpapahaba sa oras ng pagbuo ng avalanche at nagpapatindi ng ingay. Kung ikukumpara sa mga purong materyales na InAlAs, ang mga istrukturang quantum well ng InGaAs (P)/InAlAs at In(Al)GaAs/InAlAs ay may mas mataas na ratio ng mga coefficient ng collision ionization, kaya ang pagganap ng ingay ay maaaring lubos na mabago. Sa mga tuntunin ng istraktura, ang istrukturang resonator enhanced (RCE) SAGCM at istrukturang edge-coupled waveguide (WG-APD) ay binuo upang malutas ang mga kontradiksyon ng iba't ibang epekto ng kapal ng absorption layer sa bilis ng aparato at kahusayan ng quantum. Dahil sa pagiging kumplikado ng proseso, ang buong praktikal na aplikasyon ng dalawang istrukturang ito ay kailangang higit pang tuklasin.
Oras ng pag-post: Nob-14-2023