Prinsippet og den nåværende situasjonen tilAvalanche fotodetektor (APD fotodetektor) Del to
2.2 APD -brikkestruktur
Rimelig chipstruktur er den grunnleggende garantien for enheter med høy ytelse. Den strukturelle utformingen av APD vurderer hovedsakelig RC -tidskonstant, hullfangst ved heterojunksjon, transporttid gjennom uttømmingsområdet og så videre. Utviklingen av strukturen er oppsummert nedenfor:
(1) Grunnleggende struktur
Den enkleste APD-strukturen er basert på PIN-fotodioden, P-regionen og N-regionen er sterkt dopet, og N-typen eller P-type dobbelt repellantområde blir introdusert i det tilstøtende P-regionen eller N-regionen for å generere sekundære elektroner og hullpar, for å realisere forsterkningen av den primære fotokurrent. For INP-seriematerialer, fordi hullpåvirkningen ioniseringskoeffisienten er større enn elektronpåvirkningsioniseringskoeffisienten, plasseres vanligvis gevinstområdet for doping av N-typen i P-regionen. I en ideell situasjon blir bare hull injisert i forsterkningsregionen, så denne strukturen kalles en hullinjisert struktur.
(2) Absorpsjon og forsterkning skilles ut
På grunn av det brede båndets gapegenskaper ved INP (INP er 1,35EV og IngaAS er 0,75EV), brukes INP vanligvis som forsterkningssonematerialet og IngaAs som absorpsjonssone -materialet.
(3) Absorpsjons-, gradient- og gevinst (SAGM) strukturer foreslås henholdsvis
For tiden bruker de fleste kommersielle APD -enheter INP/InGAAS -materiale, IngaAs som absorpsjonslag, INP under høyt elektrisk felt (> 5x105V/cm) uten sammenbrudd, kan brukes som et gevinstsone -materiale. For dette materialet er utformingen av denne APD at skredprosessen dannes i N-typen INP ved kollisjon av hull. Tatt i betraktning den store forskjellen i båndgapet mellom INP og IngaAs, gjør energinivåforskjellen på omtrent 0,4EV i valensbåndet hullene generert i IngaaS -absorpsjonslaget som er hindret i heterojunksjonskanten før de når INP -multiplikatorlaget og hastigheten er sterkt redusert, noe som resulterer i en lang respons tid og smal båndvidde på dette APD. Dette problemet kan løses ved å tilsette et Ingaasp -overgangslag mellom de to materialene.
(4) Absorpsjons-, gradient-, ladnings- og gevinst (SAGCM) strukturer foreslås henholdsvis
For ytterligere å justere den elektriske feltfordelingen av absorpsjonslaget og forsterkningslaget, blir ladingslaget introdusert i enhetsdesignet, noe som forbedrer enhetens hastighet og respons.
(5) Resonator Enhanced (RCE) SAGCM -struktur
I ovennevnte optimale utforming av tradisjonelle detektorer, må vi møte det faktum at tykkelsen på absorpsjonslaget er en motstridende faktor for enhetshastigheten og kvanteeffektiviteten. Den tynne tykkelsen på det absorberende laget kan redusere transporttiden, slik at en stor båndbredde kan oppnås. Samtidig, for å oppnå høyere kvanteeffektivitet, må absorpsjonslaget imidlertid ha en tilstrekkelig tykkelse. Løsningen på dette problemet kan være resonanshulen (RCE) -strukturen, det vil si at den distribuerte Bragg Reflector (DBR) er designet nederst og toppen av enheten. DBR -speilet består av to typer materialer med lav brytningsindeks og høy brytningsindeks i struktur, og de to vokser vekselvis, og tykkelsen på hvert lag oppfyller den innfallende lysbølgelengden 1/4 i halvlederen. Resonatorstrukturen til detektoren kan oppfylle hastighetskravene, tykkelsen på absorpsjonslaget kan gjøres veldig tynn, og kvanteeffektiviteten til elektronet økes etter flere refleksjoner.
(6) Edge-koblet bølgelederstruktur (WG-APD)
En annen løsning for å løse motsetningen av forskjellige effekter av absorpsjonslagstykkelse på enhetshastighet og kvanteeffektivitet er å introdusere kantkoblet bølgelederstruktur. Denne strukturen kommer inn i lys fra siden, fordi absorpsjonslaget er veldig langt, det er lett å oppnå høy kvanteeffektivitet, og samtidig kan absorpsjonslaget gjøres veldig tynt, og reduserer transporttiden. Derfor løser denne strukturen den forskjellige avhengigheten av båndbredde og effektivitet på tykkelsen på absorpsjonslaget, og forventes å oppnå høy rate og høy kvanteeffektivitet APD. Prosessen med WG-APD er enklere enn RCE APD, noe som eliminerer den kompliserte preparatprosessen til DBR-speil. Derfor er det mer gjennomførbart i det praktiske feltet og egnet for optisk tilkobling til vanlig plan.
3. Konklusjon
Utviklingen av snøskredfotodetektorMaterialer og enheter blir gjennomgått. Elektron- og hullkollisjonsioniseringshastigheten til INP -materialer er nær inalas, noe som fører til den doble prosessen med de to bærer -symbionene, noe som gjør at skredbygningen er lengre og støyen økte. Sammenlignet med rene inalas -materialer, har Ingaas (P) /Inalas og i (al) Gaas /Inalas kvantebrønnstrukturer et økt forhold mellom kollisjonsioniseringskoeffisienter, slik at støyytelsen kan endres kraftig. Når det gjelder struktur, utvikles resonator forbedret (RCE) SAGCM-struktur og kantkoblet bølgelederstruktur (WG-APD) for å løse motsetningene til forskjellige effekter av absorpsjonslagstykkelse på enhetshastighet og kvanteeffektivitet. På grunn av prosessens kompleksitet, må den fulle praktiske anvendelsen av disse to strukturene utforskes ytterligere.
Post Time: Nov-14-2023