Il principio e la situazione attuale diFotoDetector di valanghe (PhotoDetector APD) Parte due
2.2 Struttura del chip APD
La struttura del chip ragionevole è la garanzia di base di dispositivi ad alte prestazioni. La progettazione strutturale di APD considera principalmente costante di tempo RC, cattura dei fori all'eterojunzione, tempo di transito del trasporto attraverso la regione di esaurimento e così via. Lo sviluppo della sua struttura è riassunto di seguito:
(1) Struttura di base
La struttura APD più semplice si basa sul fotodiodo dei pin, la regione P e la regione N sono fortemente drogate e la regione di tipo N di tipo N o P viene introdotta nella regione P adiacente o nella regione N per generare elettroni secondari e coppie di fori, in modo da realizzare l'amplificazione della fotocurrente primaria. Per i materiali delle serie INP, poiché il coefficiente di ionizzazione dell'impatto del foro è maggiore del coefficiente di ionizzazione dell'impatto degli elettroni, la regione di guadagno del doping di tipo N è generalmente collocata nella regione P. In una situazione ideale, solo i buchi vengono iniettati nella regione del guadagno, quindi questa struttura è chiamata struttura a iniezione di fori.
(2) Assorbimento e guadagno si distinguono
A causa delle caratteristiche di gap di banda ampia di INP (INP è 1,35EV e Ingaas è 0,75EV), l'INP viene solitamente usato come materiale della zona di guadagno e Ingaas come materiale della zona di assorbimento.
(3) Le strutture di assorbimento, gradiente e guadagno (SAGM) sono proposte rispettivamente
Allo stato attuale, la maggior parte dei dispositivi APD commerciali utilizza materiale INP/Ingaas, InGAAS come strato di assorbimento, INP in un campo elettrico elevato (> 5x105V/cm) senza rottura, può essere utilizzato come materiale di guadagno. Per questo materiale, la progettazione di questo APD è che il processo di valanga si forma nell'INP di tipo N dalla collisione dei buchi. Considerando la grande differenza nel divario di banda tra INP e Ingaas, la differenza di livello di energia di circa 0,4EV nella banda di valenza rende i fori generati nello strato di assorbimento Ingaas ostruito sul bordo eterojunzione prima di raggiungere lo strato moltiplicatore INP e la velocità è notevolmente ridotta, risultando in una lunga risposta di risposta e una larghezza di banda ristretta di questo APD. Questo problema può essere risolto aggiungendo uno strato di transizione Ingaasp tra i due materiali.
(4) Le strutture di assorbimento, gradiente, carica e guadagno (SAGCM) sono proposte rispettivamente
Al fine di regolare ulteriormente la distribuzione del campo elettrico dello strato di assorbimento e dello strato di guadagno, il livello di carica viene introdotto nella progettazione del dispositivo, che migliora notevolmente la velocità e la reattività del dispositivo.
(5) Struttura SAGCM potenziata del risonatore (RCE)
Nella progettazione ottimale di cui sopra dei rivelatori tradizionali, dobbiamo affrontare il fatto che lo spessore dello strato di assorbimento è un fattore contraddittorio per la velocità del dispositivo e l'efficienza quantistica. Lo spessore sottile dello strato assorbente può ridurre il tempo di transito del portatore, quindi è possibile ottenere una grande larghezza di banda. Tuttavia, allo stesso tempo, al fine di ottenere una maggiore efficienza quantistica, lo strato di assorbimento deve avere uno spessore sufficiente. La soluzione a questo problema può essere la struttura della cavità risonante (RCE), ovvero il riflettore Bragg distribuito (DBR) è progettato nella parte inferiore e in alto del dispositivo. Lo specchio DBR è costituito da due tipi di materiali con un basso indice di rifrazione e un alto indice di rifrazione nella struttura e i due crescono alternativamente e lo spessore di ogni strato soddisfa la lunghezza d'onda della luce incidente 1/4 nel semiconduttore. La struttura del risonatore del rivelatore può soddisfare i requisiti di velocità, lo spessore dello strato di assorbimento può essere reso molto sottile e l'efficienza quantistica dell'elettrone è aumentata dopo diversi riflessi.
(6) Struttura della guida d'onda accoppiata a bordo (WG-APD)
Un'altra soluzione per risolvere la contraddizione di diversi effetti dello spessore dello strato di assorbimento sulla velocità del dispositivo e l'efficienza quantistica è introdurre la struttura della guida d'onda accoppiata a bordo. Questa struttura entra in luce da un lato, poiché lo strato di assorbimento è molto lungo, è facile ottenere un'elevata efficienza quantistica e allo stesso tempo, lo strato di assorbimento può essere reso molto sottile, riducendo il tempo di transito portante. Pertanto, questa struttura risolve la diversa dipendenza della larghezza di banda e l'efficienza dallo spessore dello strato di assorbimento e si prevede che raggiunga APD ad alta velocità e alta efficienza quantistica. Il processo di WG-APD è più semplice di quello di RCE APD, che elimina il complicato processo di preparazione dello specchio DBR. Pertanto, è più fattibile nel campo pratico e adatto alla connessione ottica del piano comune.
3. Conclusione
Lo sviluppo della valangaFotoDetectorI materiali e i dispositivi sono rivisti. I tassi di ionizzazione della collisione di elettroni e fori dei materiali INP sono vicini a quelli di INALA, il che porta al doppio processo delle due simbioni del vettore, il che rende il tempo di costruzione di valanghe e il rumore è aumentato. Rispetto ai materiali inalas puri, le strutture di pozzo quantico GAAS /Inalas (AL) GAAS /INALAS hanno un rapporto maggiore tra i coefficienti di ionizzazione delle collisioni, quindi le prestazioni del rumore possono essere notevolmente modificate. In termini di struttura, sono sviluppate la struttura SAGCM Resonator Enhanced (RCE) e la struttura della guida d'onda accoppiata a bordo (WG-APD) al fine di risolvere le contraddizioni di diversi effetti dello spessore dello strato di assorbimento sulla velocità del dispositivo e l'efficienza quantistica. A causa della complessità del processo, la piena applicazione pratica di queste due strutture deve essere ulteriormente esplorata.
Tempo post: novembre-14-2023