Princippet og den nuværende situation forAvalanche -fotodetektor (APD -fotodetektor) Del to
2.2 APD -chipstruktur
Rimelig chipstruktur er den grundlæggende garanti for enheder med høj ydeevne. Den strukturelle design af APD overvejer hovedsageligt RC -tidskonstant, hulfangst ved heterojunktion, transportørtransittid gennem udtømningsregion og så videre. Udviklingen af dens struktur er sammenfattet nedenfor:
(1) Grundlæggende struktur
Den enkleste APD-struktur er baseret på pin-fotodioden, P-regionen og N-regionen er stærkt dopet, og N-typen eller P-typen dobbelt-repellant-region indføres i den tilstødende P-region eller N-region for at generere sekundære elektroner og hulpar, således at realisere amplificeringen af den primære fotokurrent. For INP-seriematerialer, fordi hulpåvirkningskoefficienten er større end elektronpåvirkningsioniseringskoefficienten, placeres forstærkningsregionen af N-type doping normalt i P-regionen. I en ideel situation indsprøjtes kun huller i forstærkningsregionen, så denne struktur kaldes en hulinjiceret struktur.
(2) Absorption og gevinst skelnes
På grund af de brede båndgapkarakteristika for INP (INP er 1,35EV og IngaAs er 0,75EV), bruges INP normalt som forstærkningszone -materiale og INGAA'er som absorptionszone -materiale.
(3) Strukturer af absorption, gradient og gevinst (SAGM) foreslås henholdsvis
På nuværende tidspunkt bruger de fleste kommercielle APD -enheder INP/INGAAS -materiale, INGAAS som absorptionslaget, INP under højt elektrisk felt (> 5x105V/cm) uden sammenbrud, kan bruges som et forstærkningszone -materiale. For dette materiale er designet af denne APD, at lavineprocessen dannes i N-typen INP ved kollision af huller. I betragtning af den store forskel i båndgabet mellem INP og INGAAS gør energiniveauforskellen på ca. 0,4EV i valensbåndet hullerne, der genereres i INGAAS -absorptionslaget, der er hindret ved heterojunktionen, før det når INP -multiplikatorelaget, og hastigheden er meget reduceret, hvilket resulterer i en lang responstid og smal bånd af denne APD. Dette problem kan løses ved at tilføje et INGAASP -overgangslag mellem de to materialer.
(4) Strukturer af absorption, gradient, opladning og gevinst (SAGCM) foreslås henholdsvis
For yderligere at justere den elektriske feltfordeling af absorptionslaget og forstærkningslaget introduceres ladningslaget i enhedsdesignet, hvilket i høj grad forbedrer enhedens hastighed og lydhørhed.
(5) Resonator Forbedret (RCE) SAGCM -struktur
I ovennævnte optimale design af traditionelle detektorer må vi stå over for det faktum, at absorptionslagets tykkelse er en modstridende faktor for enhedens hastighed og kvanteeffektivitet. Den tynde tykkelse af det absorberende lag kan reducere transporttransittid, så der kan opnås en stor båndbredde. På samme tid for at opnå højere kvanteeffektivitet skal absorptionslaget imidlertid have en tilstrækkelig tykkelse. Løsningen på dette problem kan være strukturen (RCE) -strukturen (RCE), det vil sige den distribuerede Bragg Reflector (DBR) er designet i bunden og toppen af enheden. DBR -spejlet består af to slags materialer med lavt brydningsindeks og højt brydningsindeks i strukturen, og de to vokser skiftevis, og tykkelsen af hvert lag møder den indfaldende lysbølgelængde 1/4 i halvlederen. Resonatorstrukturen af detektoren kan opfylde hastighedskravene, tykkelsen af absorptionslaget kan gøres meget tynd, og elektronets kvanteeffektivitet øges efter flere refleksioner.
(6) Edge-koblet bølgelederstruktur (WG-APD)
En anden løsning til at løse modsigelsen af forskellige effekter af absorptionslagstykkelse på enhedens hastighed og kvanteeffektivitet er at indføre kantkoblet bølgelederstruktur. Denne struktur kommer ind i lys fra siden, fordi absorptionslaget er meget langt, det er let at opnå høj kvanteeffektivitet, og på samme tid kan absorptionslaget gøres meget tyndt, hvilket reducerer transporttransittid. Derfor løser denne struktur den forskellige afhængighed af båndbredde og effektivitet på absorptionslagets tykkelse og forventes at opnå høj hastighed og høj kvanteeffektivitet APD. Processen med WG-APD er enklere end RCE APD, der eliminerer den komplicerede forberedelsesproces af DBR-spejl. Derfor er det mere gennemførligt inden for det praktiske felt og egnet til almindelig plan optisk forbindelse.
3. konklusion
Udviklingen af lavinefotodetektorMaterialer og enheder gennemgås. Elektron- og hulkollisionsioniseringshastighederne for INP -materialer er tæt på inalas, hvilket fører til dobbeltprocessen for de to bæresymbioner, hvilket gør lavine bygningstiden længere og støjen steg. Sammenlignet med rene inalasmaterialer har Ingaas (P) /inalas og i (Al) GaAs /Inalas Quantum Well -strukturer et øget forhold mellem kollisionskoefficienter, så støjpræstation kan ændres i høj grad. Med hensyn til struktur er resonatorforbedret (RCE) SAGCM-struktur og kantkoblet bølgelederstruktur (WG-APD) udviklet for at løse modsigelserne af forskellige effekter af absorptionslagstykkelse på enhedens hastighed og kvanteeffektivitet. På grund af kompleksiteten af processen skal den fulde praktiske anvendelse af disse to strukturer undersøges yderligere.
Posttid: Nov-14-2023