Принцип и тренутна ситуацијафотодетектор лавине (АПД фотодетектор) Други део
2.2 Структура APD чипа
Разумна структура чипа је основна гаранција високоперформансних уређаја. Структурни дизајн АПД-а углавном узима у обзир временску константу RC-а, захватање шупљине на хетероспоју, време пролаза носиоца кроз област осиромашења и тако даље. Развој његове структуре је сумиран у наставку:
(1) Основна структура
Најједноставнија APD структура је базирана на PIN фотодиоди, P регион и N регион су јако допирани, а N-тип или P-тип двоструко одбојна област се уводи у суседну P регион или N регион да би се генерисали секундарни електрони и парови шупљина, како би се остварило појачање примарне фотострује. Код InP серије материјала, пошто је коефицијент јонизације ударом шупљина већи од коефицијента јонизације ударом електрона, област појачања N-типа допирања се обично поставља у P регион. У идеалној ситуацији, само шупљине се убризгавају у област појачања, па се ова структура назива структура са убризгавањем шупљина.
(2) Разликују се апсорпција и појачање
Због карактеристика широког енергетског забрањеног опсега InP (InP је 1,35eV, а InGaAs је 0,75eV), InP се обично користи као материјал зоне појачања, а InGaAs као материјал зоне апсорпције.
(3) Предложене су структуре апсорпције, градијента и појачања (SAGM), респективно
Тренутно, већина комерцијалних APD уређаја користи InP/InGaAs материјал, при чему InGaAs служи као апсорпциони слој. InP под високим електричним пољем (>5x105V/cm) без пробоја може се користити као материјал зоне појачања. За овај материјал, дизајн овог APD-а је такав да се процес лавине формира у N-тип InP сударом шупљина. Узимајући у обзир велику разлику у енергетском јазу између InP и InGaAs, разлика у енергетским нивоима од око 0,4eV у валентној зони доводи до тога да шупљине генерисане у InGaAs апсорпционом слоју буду блокиране на ивици хетероспоја пре него што дођу до InP слоја мултипликатора, а брзина је знатно смањена, што резултира дугим временом одзива и уским пропусним опсегом овог APD-а. Овај проблем се може решити додавањем InGaAsP прелазног слоја између два материјала.
(4) Предложене су структуре апсорпције, градијента, наелектрисања и појачања (SAGCM), респективно
Да би се додатно подесила расподела електричног поља апсорпционог слоја и слоја појачања, у дизајн уређаја се уводи слој наелектрисања, што значајно побољшава брзину и одзив уређаја.
(5) Структура SAGCM-а са резонаторским побољшањем (RCE)
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 апсорпционог слоја може смањити време пролаза носиоца, тако да се може добити велики пропусни опсег. Међутим, истовремено, да би се постигла већа квантна ефикасност, апсорпциони слој мора имати довољну дебљину. Решење овог проблема може бити структура резонантне шупљине (RCE), односно дистрибуирани Брегов рефлектор (DBR) је дизајниран на дну и врху уређаја. DBR огледало се састоји од две врсте материјала са ниским индексом преламања и високим индексом преламања у структури, и оба расту наизменично, а дебљина сваког слоја одговара таласној дужини упадне светлости од 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 са спрегнутим ивицама (WG-APD)
Још једно решење за решавање контрадикције различитих ефеката дебљине апсорпционог слоја на брзину уређаја и квантну ефикасност јесте увођење структуре таласовода са спрегнутим ивицама. Ова структура улази у светлост са стране, јер је апсорпциони слој веома дугачак, лако је постићи високу квантну ефикасност, а истовремено, апсорпциони слој може бити веома танак, смањујући време проласка носиоца. Стога, 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 APD. Процес WG-APD је једноставнији од процеса RCE APD, што елиминише компликован процес припреме DBR огледала. Стога је изводљивији у практичној области и погоднији за оптичку везу заједничке равни.
3. Закључак
Развој лавинефотодетекторУ овом прегледу се разматрају материјали и уређаји. Брзине јонизације електрона и шупљина код InP материјала су блиске онима код InAlAs, што доводи до двоструког процеса два симбионска носача, што продужава време нагомилавања лавине и повећава шум. У поређењу са чистим InAlAs материјалима, квантне структуре InGaAs (P) /InAlAs и In (Al) GaAs/InAlAs имају повећан однос коефицијената јонизације при судару, тако да се перформансе шума могу значајно променити. Што се тиче структуре, развијене су структура SAGCM са резонаторским побољшањем (RCE) и структура таласовода са спрегнутим ивицама (WG-APD) како би се решиле контрадикције различитих ефеката дебљине апсорпционог слоја на брзину уређаја и квантну ефикасност. Због сложености процеса, потребно је даље истражити пуну практичну примену ове две структуре.
Време објаве: 14. новембар 2023.