Prinsip dan keadaan sekarangAvalanche Photodetector (APD Photodetector) Bahagian Dua
2.2 Struktur cip APD
Struktur cip yang munasabah adalah jaminan asas peranti prestasi tinggi. Reka bentuk struktur APD terutamanya menganggap pemalar masa RC, penangkapan lubang di heterojunction, masa transit pembawa melalui rantau kekurangan dan sebagainya. Perkembangan strukturnya diringkaskan di bawah:
(1) Struktur asas
Struktur APD yang paling mudah didasarkan pada photodiode pin, rantau P dan rantau N adalah sangat doped, dan N-jenis atau P-jenis rantau dua kali ganda diperkenalkan di rantau P bersebelahan atau rantau N untuk menjana elektron sekunder dan pasangan lubang, untuk menyedari penguatan fotosur utama. Bagi bahan siri INP, kerana pekali pengionan kesan lubang lebih besar daripada pekali pengionan kesan elektron, kawasan keuntungan doping N-jenis biasanya diletakkan di rantau P. Dalam situasi yang ideal, hanya lubang yang disuntik ke rantau keuntungan, jadi struktur ini dipanggil struktur lubang yang disuntik.
(2) penyerapan dan keuntungan dibezakan
Oleh kerana ciri -ciri jurang jalur lebar INP (INP adalah 1.35EV dan InGaAs adalah 0.75EV), INP biasanya digunakan sebagai bahan zon keuntungan dan InGaAs sebagai bahan zon penyerapan.
(3) struktur penyerapan, kecerunan dan keuntungan (SAGM) masing -masing dicadangkan
Pada masa ini, kebanyakan peranti APD komersial menggunakan bahan INP/InGaaS, InGaAs sebagai lapisan penyerapan, INP di bawah medan elektrik yang tinggi (> 5x105V/cm) tanpa pecahan, boleh digunakan sebagai bahan zon keuntungan. Untuk bahan ini, reka bentuk APD ini adalah bahawa proses Avalanche terbentuk dalam N-jenis INP oleh perlanggaran lubang. Memandangkan perbezaan yang besar dalam jurang band antara INP dan InGaAs, perbezaan tahap tenaga kira -kira 0.4EV dalam jalur valensi membuat lubang -lubang yang dihasilkan dalam lapisan penyerapan InGaAs terhalang di tepi heterojungsi sebelum mencapai lapisan pengganda INP dan kelajuan dikurangkan, mengakibatkan masa tindak balas yang panjang dan jalur sempit ini APD. Masalah ini dapat diselesaikan dengan menambahkan lapisan peralihan InGaAsp antara kedua -dua bahan.
(4) Struktur penyerapan, kecerunan, caj dan keuntungan (SAGCM) masing -masing dicadangkan
Untuk selanjutnya menyesuaikan pengagihan medan elektrik lapisan penyerapan dan lapisan keuntungan, lapisan cas diperkenalkan ke dalam reka bentuk peranti, yang sangat meningkatkan kelajuan dan respons peranti.
(5) Struktur SAGCM Enhanced (RCE) Resonator
Dalam reka bentuk pengesan tradisional yang optimum, kita mesti menghadapi fakta bahawa ketebalan lapisan penyerapan adalah faktor yang bercanggah untuk kelajuan peranti dan kecekapan kuantum. Ketebalan nipis lapisan menyerap dapat mengurangkan masa transit pembawa, jadi jalur lebar yang besar dapat diperolehi. Walau bagaimanapun, pada masa yang sama, untuk mendapatkan kecekapan kuantum yang lebih tinggi, lapisan penyerapan perlu mempunyai ketebalan yang mencukupi. Penyelesaian masalah ini boleh menjadi struktur rongga resonan (RCE), iaitu, reflektor Bragg yang diedarkan (DBR) direka di bahagian bawah dan atas peranti. Cermin DBR terdiri daripada dua jenis bahan dengan indeks biasan yang rendah dan indeks biasan tinggi dalam struktur, dan kedua -dua tumbuh secara bergantian, dan ketebalan setiap lapisan memenuhi panjang gelombang cahaya insiden 1/4 dalam semikonduktor. Struktur resonator pengesan dapat memenuhi keperluan kelajuan, ketebalan lapisan penyerapan dapat dibuat sangat nipis, dan kecekapan kuantum elektron meningkat setelah beberapa refleksi.
(6) Struktur gelombang gelombang yang digabungkan (WG-APD)
Satu lagi penyelesaian untuk menyelesaikan percanggahan kesan yang berbeza dari ketebalan lapisan penyerapan pada kelajuan peranti dan kecekapan kuantum adalah untuk memperkenalkan struktur gelombang yang digabungkan dengan tepi. Struktur ini memasuki cahaya dari sisi, kerana lapisan penyerapan sangat panjang, mudah untuk mendapatkan kecekapan kuantum yang tinggi, dan pada masa yang sama, lapisan penyerapan boleh dibuat sangat nipis, mengurangkan masa transit pembawa. Oleh itu, struktur ini menyelesaikan kebergantungan jalur lebar dan kecekapan pada ketebalan lapisan penyerapan, dan dijangka mencapai kadar tinggi dan kecekapan kuantum yang tinggi. Proses WG-APD lebih mudah daripada RCE APD, yang menghapuskan proses penyediaan rumit cermin DBR. Oleh itu, ia lebih sesuai dalam bidang praktikal dan sesuai untuk sambungan optik pesawat biasa.
3. Kesimpulan
Pembangunan AvalanchePhotodetectorBahan dan peranti dikaji semula. Kadar pengionan pelanggaran elektron dan lubang bahan -bahan INP adalah dekat dengan orang -orang InAlas, yang membawa kepada proses ganda dua symbions pembawa, yang menjadikan masa bangunan longsor lebih lama dan bunyi bising meningkat. Berbanding dengan bahan -bahan inAlas tulen, InGaAs (P) /InAlas dan (Al) GaAs /InAlas Quantum Structures Struktur mempunyai nisbah peningkatan pekali pengionan perlanggaran, jadi prestasi bunyi boleh banyak berubah. Dari segi struktur, struktur resonator yang dipertingkatkan (RCE) SAGCM dan struktur gelombang yang digabungkan dengan kelebihan (WG-APD) dibangunkan untuk menyelesaikan percanggahan kesan yang berbeza dari ketebalan lapisan penyerapan pada kelajuan peranti dan kecekapan kuantum. Oleh kerana kerumitan proses, aplikasi praktikal penuh kedua -dua struktur ini perlu diterokai dengan lebih lanjut.
Masa Post: Nov-14-2023