Принцип и садашње стање фотодетектора лавине (АПД фотодетектор) Други део

Принцип и садашње стањефотодетектор лавине (АПД фотодетектор) Други део

2.2 Структура АПД чипа
Разумна структура чипа је основна гаранција уређаја високих перформанси. Структурни дизајн АПД-а углавном узима у обзир РЦ временску константу, хватање рупе на хетероспојници, време проласка носиоца кроз регион исцрпљивања и тако даље. Развој његове структуре је сажет у наставку:

(1) Основна структура
Најједноставнија АПД структура је заснована на ПИН фотодиоди, П регион и Н регион су јако допирани, а Н-тип или П-тип двоструко репелентни регион се уводи у суседни П регион или Н регион да би се генерисали секундарни електрони и рупа парова, тако да се реализује појачање примарне фотострује. За материјале серије ИнП, пошто је коефицијент јонизације удара рупа већи од коефицијента јонизације удара електрона, област појачања допинга Н-типа се обично поставља у П регион. У идеалној ситуацији, само се рупе убризгавају у подручје појачања, тако да се ова структура назива структура са убризгавањем рупа.

(2) Разликују се апсорпција и појачање
Због широкопојасних карактеристика ИнП-а (ИнП је 1,35еВ, а ИнГаАс је 0,75еВ), ИнП се обично користи као материјал зоне појачања, а ИнГаАс као материјал за зону апсорпције.

(3) Предложене су структуре апсорпције, градијента и појачања (САГМ).
Тренутно, већина комерцијалних АПД уређаја користи ИнП/ИнГаАс материјал, ИнГаАс као апсорпциони слој, ИнП под високим електричним пољем (>5к105В/цм) без слома, може се користити као материјал зоне појачања. За овај материјал, дизајн овог АПД-а је да се лавински процес формира у ИнП-у Н-типа сударом рупа. Узимајући у обзир велику разлику у појасу између ИнП и ИнГаАс, разлика у нивоу енергије од око 0,4 еВ у валентном појасу чини да се рупе генерисане у апсорпционом слоју ИнГаАс блокирају на ивици хетероспојнице пре него што достигну слој множитеља ИнП и брзина је веома велика. смањен, што резултира дугим временом одзива и уским пропусним опсегом овог АПД-а. Овај проблем се може решити додавањем ИнГаАсП прелазног слоја између два материјала.

(4) Предложене су структуре апсорпције, градијента, наелектрисања и појачања (САГЦМ).
У циљу даљег прилагођавања дистрибуције електричног поља апсорпционог слоја и слоја појачања, слој пуњења се уводи у дизајн уређаја, што у великој мери побољшава брзину уређаја и одзив.

(5) Резонатор побољшана (РЦЕ) САГЦМ структура
У горе наведеном оптималном дизајну традиционалних детектора, морамо се суочити са чињеницом да је дебљина апсорпционог слоја контрадикторан фактор за брзину уређаја и квантну ефикасност. Танка дебљина упијајућег слоја може смањити време транзита носача, тако да се може добити велики пропусни опсег. Међутим, у исто време, да би се постигла већа квантна ефикасност, апсорпциони слој треба да има довољну дебљину. Решење овог проблема може бити структура резонантне шупљине (РЦЕ), односно дистрибуирани Браггов рефлектор (ДБР) је дизајниран на дну и на врху уређаја. ДБР огледало се састоји од две врсте материјала са ниским индексом преламања и високим индексом преламања у структури, а два расту наизменично, а дебљина сваког слоја задовољава таласну дужину упадне светлости 1/4 у полупроводнику. Резонаторска структура детектора може задовољити захтеве брзине, дебљина апсорпционог слоја може бити веома танка, а квантна ефикасност електрона се повећава након неколико рефлексија.

(6) Структура таласовода спрегнута ивицом (ВГ-АПД)
Друго решење за решавање контрадикторности различитих ефеката дебљине апсорпционог слоја на брзину уређаја и квантну ефикасност је увођење структуре таласовода спрегнуте ивицом. Ова структура улази у светлост са стране, јер је апсорпциони слој веома дугачак, лако је добити високу квантну ефикасност, а у исто време, апсорпциони слој може бити веома танак, смањујући време транзита носача. Дакле, ова структура решава различиту зависност пропусног опсега и ефикасности од дебљине апсорпционог слоја, и очекује се да ће постићи високу брзину и високу квантну ефикасност АПД. Процес ВГ-АПД је једноставнији од процеса РЦЕ АПД, што елиминише компликован процес припреме ДБР огледала. Стога је изводљивије у практичном пољу и погодно за оптичку везу у заједничкој равни.

3. Закључак
Развој лавинефотодетекторматеријала и уређаја се прегледа. Стопе јонизације судара електрона и рупа ИнП материјала су блиске онима код ИнАлАс, што доводи до двоструког процеса два симбиона носача, што чини време изградње лавине дужим и повећава буку. У поређењу са чистим ИнАлАс материјалима, структуре квантних бунара ИнГаАс (П) /ИнАлАс и Ин (Ал) ГаАс/ИнАлАс имају повећан однос коефицијената јонизације судара, тако да се перформансе буке могу значајно променити. Што се тиче структуре, развијене су САГЦМ структура побољшане резонатором (РЦЕ) и таласоводна структура спрегнуте ивице (ВГ-АПД) како би се решиле контрадикције различитих ефеката дебљине апсорпционог слоја на брзину уређаја и квантну ефикасност. Због сложености процеса, пуну практичну примену ове две структуре треба даље истражити.