Princippet og den nuværende situationlavine fotodetektor (APD fotodetektor) Anden del
2.2 APD chip struktur
Rimelig chipstruktur er den grundlæggende garanti for højtydende enheder.Det strukturelle design af APD overvejer hovedsageligt RC-tidskonstant, hulindfangning ved heterojunction, transporttid for transportør gennem udtømningsregion og så videre.Udviklingen af dens struktur er opsummeret nedenfor:
(1) Grundlæggende struktur
Den enkleste APD-struktur er baseret på PIN-fotodioden, P-regionen og N-regionen er stærkt dopede, og N-typen eller P-typens dobbeltafvisende region introduceres i den tilstødende P-region eller N-region for at generere sekundære elektroner og hul par, for at realisere forstærkningen af den primære fotostrøm.For materialer i InP-serien er forstærkningsområdet for N-type doping sædvanligvis placeret i P-området, fordi hullets slagioniseringskoefficient er større end elektronpåvirkningskoefficienten.I en ideel situation sprøjtes kun huller ind i forstærkningsområdet, så denne struktur kaldes en hulinjiceret struktur.
(2) Absorption og gain skelnes
På grund af InP's brede båndgab-karakteristika (InP er 1,35 eV og InGaAs er 0,75 eV), bruges InP normalt som forstærkningszonematerialet og InGaAs som absorptionszonematerialet.
(3) Absorptions-, gradient- og forstærkningsstrukturerne (SAGM) foreslås hhv
På nuværende tidspunkt bruger de fleste kommercielle APD-enheder InP/InGaAs-materiale, InGaAs som absorptionslag, InP under højt elektrisk felt (>5x105V/cm) uden nedbrydning, kan bruges som et forstærkningszonemateriale.For dette materiale er designet af denne APD, at lavineprocessen dannes i N-type 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, at hullerne genereret i InGaAs-absorptionslaget blokeres ved heterojunction-kanten, før de når InP-multiplikatorlaget, og hastigheden er meget reduceret, hvilket resulterer i en lang responstid og smal båndbredde af denne APD.Dette problem kan løses ved at tilføje et InGaAsP overgangslag mellem de to materialer.
(4) Absorptions-, gradient-, ladnings- og forstærkningsstrukturerne (SAGCM) foreslås hhv
For yderligere at justere den elektriske feltfordeling af absorptionslaget og forstærkningslaget introduceres ladningslaget i enhedsdesignet, hvilket i høj grad forbedrer enhedens hastighed og reaktionsevne.
(5) Resonator-forstærket (RCE) SAGCM-struktur
I ovenstående optimale design af traditionelle detektorer må vi se i øjnene, at tykkelsen af absorptionslaget er en modstridende faktor for enhedens hastighed og kvanteeffektivitet.Den tynde tykkelse af det absorberende lag kan reducere transporttiden, så en stor båndbredde kan opnås.Men samtidig skal absorptionslaget have en tilstrækkelig tykkelse for at opnå højere kvanteeffektivitet.Løsningen på dette problem kan være strukturen i resonanshulrummet (RCE), det vil sige, at 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 opfylder den indfaldende lysbølgelængde 1/4 i halvlederen.Detektorens resonatorstruktur kan opfylde hastighedskravene, tykkelsen af absorptionslaget kan gøres meget tynd, og elektronens kvanteeffektivitet øges efter flere refleksioner.
(6) Kantkoblet bølgelederstruktur (WG-APD)
En anden løsning til at løse modsigelsen af forskellige effekter af absorptionslagtykkelse på enhedens hastighed og kvanteeffektivitet er at indføre kantkoblet bølgelederstruktur.Denne struktur kommer ind i lyset fra siden, fordi absorptionslaget er meget langt, det er nemt at opnå høj kvanteeffektivitet, og samtidig kan absorptionslaget gøres meget tyndt, hvilket reducerer bærerens transittid.Derfor løser denne struktur den forskellige afhængighed af båndbredde og effektivitet af tykkelsen af absorptionslaget, og forventes at opnå høj hastighed og høj kvanteeffektivitet APD.Processen med WG-APD er enklere end RCE APD, hvilket eliminerer den komplicerede forberedelsesproces af DBR spejl.Derfor er det mere gennemførligt i det praktiske område og velegnet 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 den dobbelte proces af de to bærersymbioner, hvilket gør lavinebyggetiden længere og støjen øget.Sammenlignet med rene InAlAs-materialer har InGaAs (P) /InAlAs og In (Al) GaAs/InAlAs kvantebrøndstrukturer et øget forhold mellem kollisionsioniseringskoefficienter, så støjydelsen kan ændres meget.Med hensyn til struktur er resonatorforstærket (RCE) SAGCM-struktur og kantkoblet bølgelederstruktur (WG-APD) udviklet for at løse modsætningerne mellem forskellige effekter af absorptionslagtykkelse på enhedens hastighed og kvanteeffektivitet.På grund af processens kompleksitet skal den fulde praktiske anvendelse af disse to strukturer undersøges yderligere.
Indlægstid: 14-november 2023