Periaate ja nykyinen tilannelumivyöry (APD -valodetektori) Toinen osa
2.2 APD -sirurakenne
Kohtuullinen sirurakenne on korkean suorituskyvyn laitteiden perustakuu. APD: n rakennesuunnittelu pitää pääasiassa RC -aikavakioita, reikien sieppaamista heterojunktiossa, kantoaaltokauden aikana ehtymisalueen läpi ja niin edelleen. Sen rakenteen kehitys on esitetty alla:
(1) perusrakenne
Yksinkertaisin APD-rakenne perustuu PIN-fotodiodiin, P-alueeseen ja N-alueeseen on voimakkaasti seostettu, ja N-tyypin tai P-tyypin kaksinkertaisesti hylkivä alue otetaan käyttöön viereisessä P-alueella tai N-alueella sekundaaristen elektronien ja reikäparien tuottamiseksi primaarisen fotokorujen vahvistamisen toteuttamiseksi. INP-sarjan materiaalien osalta, koska reikävaikutusten ionisaatiokerroin on suurempi kuin elektronien iskun ionisaatiokerroin, N-tyyppisen seostuksen vahvistusalue asetetaan yleensä P-alueelle. Ihanteellisessa tilanteessa vain reikiä injektoidaan vahvistusalueelle, joten tätä rakennetta kutsutaan reikään injektoituksi rakenteeksi.
(2) Absorptio ja voitto erottuvat
INP: n laajakaistaisten rakoominaisuuksien vuoksi (INP on 1,35eV ja Ingaas on 0,75eV), INP: tä käytetään yleensä vahvistusvyöhykkeen materiaalina ja INGAA: na absorptiovyöhykkeen materiaalina.
(3) Ehdotetaan absorptio-, kaltevuus- ja vahvistusrakenteita (SAGM)
Tällä hetkellä useimmat kaupalliset APD -laitteet käyttävät INP/Ingaas -materiaalia, INGAA: ta absorptiokerroksena, INP: tä korkealla sähkökentällä (> 5x105V/cm) ilman hajoamista, voidaan käyttää vahvistusvyöhykkeen materiaalina. Tätä materiaalia varten tämän APD: n suunnittelu on, että lumivyöryprosessi muodostuu N-tyyppisessä INP: ssä reikien törmäyksellä. Kun otetaan huomioon INP: n ja Ingaasin välisen kaistakuilun suuri ero, valenssikaistalla noin 0,4eV: n energiatason ero on Heterojunction -reunalla tukkeutuneissa InGAA: n absorptiokerroksessa tuotetut reiät ennen INP Tämä ongelma voidaan ratkaista lisäämällä InGAASP -siirtymäkerros kahden materiaalin väliin.
(4) Ehdotetaan absorptio-, kaltevuus-, varaus- ja vahvistusrakenteita (SAGCM)
Absorptiokerroksen ja vahvistuskerroksen sähkökentän jakauman säätämiseksi laitteen suunnitteluun johdetaan latauskerros, mikä parantaa huomattavasti laitteen nopeutta ja reagointikykyä.
(5) Resonaattorin parantunut (RCE) SAGCM -rakenne
Yllä olevassa perinteisten ilmaisimien optimaalisessa suunnittelussa meidän on kohdattava tosiasia, että absorptiokerroksen paksuus on ristiriitainen tekijä laitteen nopeudelle ja kvanttitehokkuudelle. Absorboivan kerroksen ohut paksuus voi lyhentää kantoaaltomatkan aikaa, joten suuren kaistanleveyden voidaan saada. Samanaikaisesti korkeamman kvanttitehokkuuden saamiseksi absorptiokerroksella on oltava riittävä paksuus. Ratkaisu tähän ongelmaan voi olla resonanssisontelon (RCE) rakenne, ts. Hajautettu Bragg -heijastin (DBR) on suunniteltu laitteen alaosaan ja yläosaan. DBR -peili koostuu kahden tyyppisistä materiaaleista, joilla on alhainen taitekerroin ja korkea taitekerroin rakenteessa, ja nämä kaksi kasvavat vuorotellen, ja kunkin kerroksen paksuus täyttää puolijohdetta tulevan valon aallonpituuden 1/4. Ilmaisimen resonaattorirakenne voi täyttää nopeusvaatimukset, absorptiokerroksen paksuus voidaan tehdä erittäin ohuiksi ja elektronin kvanttitehokkuus lisääntyy useiden heijastusten jälkeen.
(6) Reuna kytketty aaltojohtorakenne (WG-APD)
Toinen ratkaisu absorptiokerroksen paksuuden erilaisten vaikutusten ristiriidan ratkaisemiseksi laitteen nopeuteen ja kvanttitehokkuuteen on tuoda reuna kytketty aaltojohtorakenne. Tämä rakenne siirtyy valoon sivulta, koska absorptiokerros on erittäin pitkä, on helppo saada korkea kvanttitehokkuus, ja samalla absorptiokerros voidaan tehdä erittäin ohueksi, vähentäen kantaja -ajatustaika. Siksi tämä rakenne ratkaisee kaistanleveyden ja tehokkuuden erilaisen riippuvuuden absorptiokerroksen paksuudesta, ja sen odotetaan saavuttavan korkean nopeuden ja korkean kvanttitehokkuuden APD: n. WG-APD-prosessi on yksinkertaisempi kuin RCE APD, joka eliminoi DBR-peilin monimutkaisen valmistusprosessin. Siksi se on käytännöllisempi ja sopii yleiseen tason optiseen yhteyteen.
3. Johtopäätös
Lumivyöryn kehitysfotodetektoriMateriaaleja ja laitteita tarkistetaan. INP -materiaalien elektronien ja reikien törmäys ionisaationopeudet ovat lähellä INALAS: n, mikä johtaa kahden operaattorin symbionin kaksoisprosessiin, mikä tekee lumivyöryn rakennuksesta pidemmän ja melun lisääntymiseen. Verrattuna puhtaisiin inalas -materiaaleihin, InGAA: t (P) /INALAS ja (AL) GAAS /INALAS -kvanttikaivorakenteilla on lisääntynyt törmäys ionisaatiokertoimien suhde, joten kohinan suorituskykyä voidaan muuttaa huomattavasti. Rakenteen kannalta kehitetään resonaattorin parantunut (RCE) SAGCM-rakenne ja reuna kytketty aaltojohtorakenne (WG-APD), jotta voidaan ratkaista absorptiokerroksen paksuuden eri vaikutusten ristiriidat laitteen nopeuteen ja kvanttitehokkuuteen. Prosessin monimutkaisuuden vuoksi näiden kahden rakenteen täydellistä käytännöllistä soveltamista on tutkittava edelleen.
Viestin aika: marraskuu-14-2023