ning printsipi va hozirgi holatiko'chki fotodetektori (APD fotodetektori) Ikkinchi qism
2.2 APD chipining tuzilishi
Oqilona chip tuzilishi yuqori samarali qurilmalarning asosiy kafolati hisoblanadi.APD ning konstruktiv dizayni asosan RC vaqtining doimiyligini, hetero-birikmada teshikni ushlab turishni, tugash hududi orqali tashuvchining o'tish vaqtini va boshqalarni hisobga oladi.Uning tuzilishining rivojlanishi quyida umumlashtiriladi:
(1) Asosiy tuzilma
Eng oddiy APD tuzilishi PIN fotodiodiga asoslanadi, P mintaqasi va N hududi katta miqdorda qo'shiladi va N tipidagi yoki P tipidagi ikki marta qaytaruvchi mintaqa qo'shni P mintaqasida yoki N mintaqasida ikkilamchi elektronlar va teshiklarni hosil qilish uchun kiritiladi. birlamchi fototokning kuchayishini amalga oshirish uchun juftliklar.InP seriyali materiallar uchun teshik ta'sirini ionlash koeffitsienti elektron ta'sir ionlash koeffitsientidan kattaroq bo'lganligi sababli, N tipidagi dopingning daromad mintaqasi odatda P mintaqasiga joylashtiriladi.Ideal vaziyatda daromad mintaqasiga faqat teshiklar AOK qilinadi, shuning uchun bu struktura teshikli in'ektsiya strukturasi deb ataladi.
(2) Absorbsiya va daromad farqlanadi
InP ning keng tarmoqli oralig'i xususiyatlari tufayli (InP 1,35eV va InGaAs 0,75eV), InP odatda daromad zonasi materiali sifatida va InGaAs yutilish zonasi materiali sifatida ishlatiladi.
(3) mos ravishda yutilish, gradient va daromad (SAGM) tuzilmalari taklif etiladi.
Hozirgi vaqtda ko'pgina tijorat APD qurilmalari InP/InGaAs materialidan foydalanadi, InGaAs assimilyatsiya qatlami sifatida, InP yuqori elektr maydoni ostida (>5x105V / sm) buzilishsiz, daromad zonasi materiali sifatida ishlatilishi mumkin.Ushbu material uchun ushbu APD ning dizayni ko'chki jarayoni N tipidagi InPda teshiklarning to'qnashuvi natijasida hosil bo'ladi.InP va InGaAs orasidagi diapazondagi katta farqni hisobga oladigan bo'lsak, valentlik zonasidagi taxminan 0,4eV energiya darajasidagi farq InGaAs assimilyatsiya qatlamida hosil bo'lgan teshiklarni InP multiplikator qatlamiga yetmasdan oldin hetero-birikma chetida to'sib qo'yadi va tezlik juda katta. qisqartirildi, natijada bu APDning uzoq javob vaqti va tor tarmoqli kengligi.Ushbu muammoni ikkita material o'rtasida InGaAsP o'tish qatlamini qo'shish orqali hal qilish mumkin.
(4) mos ravishda yutilish, gradient, zaryad va daromad (SAGCM) tuzilmalari taklif etiladi.
Assimilyatsiya qatlami va daromad qatlamining elektr maydonining taqsimlanishini yanada sozlash uchun zaryad qatlami qurilma dizayniga kiritiladi, bu esa qurilma tezligi va sezgirligini sezilarli darajada yaxshilaydi.
(5) Rezonator kuchaytirilgan (RCE) SAGCM tuzilishi
An'anaviy detektorlarning yuqoridagi optimal dizaynida biz assimilyatsiya qatlamining qalinligi qurilma tezligi va kvant samaradorligi uchun qarama-qarshi omil ekanligiga duch kelishimiz kerak.Yutuvchi qatlamning yupqa qalinligi tashuvchining o'tish vaqtini qisqartirishi mumkin, shuning uchun katta tarmoqli kengligi olinishi mumkin.Shu bilan birga, yuqori kvant samaradorligini olish uchun yutilish qatlami etarli qalinlikka ega bo'lishi kerak.Ushbu muammoni hal qilish rezonans bo'shlig'i (RCE) tuzilishi bo'lishi mumkin, ya'ni taqsimlangan Bragg reflektori (DBR) qurilmaning pastki va yuqori qismida ishlab chiqilgan.DBR oynasi past sinishi indeksi va strukturasi yuqori sinishi indeksiga ega bo'lgan ikki turdagi materiallardan iborat bo'lib, ikkalasi navbatma-navbat o'sib boradi va har bir qatlamning qalinligi yarimo'tkazgichdagi yorug'lik to'lqin uzunligi 1/4 ga to'g'ri keladi.Detektorning rezonator tuzilishi tezlik talablariga javob berishi mumkin, assimilyatsiya qatlamining qalinligi juda nozik bo'lishi mumkin va elektronning kvant samaradorligi bir necha ko'zgudan keyin ortadi.
(6) Kenar bilan bog'langan to'lqin o'tkazgich strukturasi (WG-APD)
Assimilyatsiya qatlami qalinligining qurilma tezligi va kvant samaradorligiga turli xil ta'sirlari qarama-qarshiligini hal qilishning yana bir yechimi chekka bilan bog'langan to'lqin qo'llanma tuzilishini joriy qilishdir.Bu struktura yon tomondan yorug'likka kiradi, chunki assimilyatsiya qatlami juda uzun, yuqori kvant samaradorligini olish oson va shu bilan birga, assimilyatsiya qatlami juda nozik bo'lishi mumkin, bu esa tashuvchining o'tish vaqtini qisqartiradi.Shu sababli, ushbu struktura tarmoqli kengligi va samaradorlikning assimilyatsiya qatlamining qalinligiga turli bog'liqligini hal qiladi va yuqori tezlik va yuqori kvant samaradorligi APDga erishish kutilmoqda.WG-APD jarayoni RCE APD ga qaraganda oddiyroq, bu DBR oynasining murakkab tayyorlash jarayonini yo'q qiladi.Shuning uchun u amaliy sohada ko'proq mumkin va umumiy tekislik optik ulanishi uchun mos keladi.
3. Xulosa
Ko'chkining rivojlanishifotodetektormateriallar va qurilmalar ko'rib chiqiladi.InP materiallarining elektron va teshik to'qnashuvi ionlash tezligi InAlAs ga yaqin bo'lib, bu ikki tashuvchi simbionning ikki tomonlama jarayoniga olib keladi, bu esa ko'chki qurish vaqtini uzaytiradi va shovqin kuchayadi.Sof InAlAs materiallari bilan solishtirganda, InGaAs (P) / InAlAs va In (Al) GaAs / InAlAs kvant quduq tuzilmalari to'qnashuvning ionlanish koeffitsientlarining ortib borayotgan nisbatiga ega, shuning uchun shovqin ko'rsatkichlarini sezilarli darajada o'zgartirish mumkin.Tuzilish nuqtai nazaridan, assimilyatsiya qatlami qalinligining qurilma tezligi va kvant samaradorligiga turli ta'sirlarining qarama-qarshiliklarini hal qilish uchun rezonator kuchaytirilgan (RCE) SAGCM strukturasi va chekka bilan bog'langan to'lqin yo'riqnomasi tuzilishi (WG-APD) ishlab chiqilgan.Jarayonning murakkabligi tufayli ushbu ikki tuzilmaning to'liq amaliy qo'llanilishi yanada chuqurroq o'rganilishi kerak.
Yuborilgan vaqt: 2023 yil 14-noyabr