Prinsip dan situasi semasapengesan foto runtuhan salji (Pengesan foto APD) Bahagian Dua
2.2 Struktur cip APD
Struktur cip yang munasabah adalah jaminan asas peranti berprestasi tinggi. Reka bentuk struktur APD terutamanya mempertimbangkan pemalar masa RC, penangkapan lubang pada heterojunction, masa transit pembawa melalui kawasan susut dan sebagainya. Perkembangan strukturnya diringkaskan di bawah:
(1) Struktur asas
Struktur APD yang paling ringkas adalah berdasarkan fotodiod PIN, kawasan P dan kawasan N didop dengan kuat, dan kawasan penghalau berganda jenis-N atau jenis-P diperkenalkan di kawasan P atau kawasan N bersebelahan untuk menghasilkan elektron sekunder dan pasangan lubang, untuk mencapai penguatan arus foto primer. Untuk bahan siri InP, kerana pekali pengionan hentaman lubang lebih besar daripada pekali pengionan hentaman elektron, kawasan gandaan doping jenis-N biasanya diletakkan di kawasan P. Dalam situasi yang ideal, hanya lubang yang disuntik ke dalam kawasan gandaan, jadi struktur ini dipanggil struktur suntikan lubang.
(2) Penyerapan dan perolehan dibezakan
Disebabkan ciri-ciri jurang jalur InP yang luas (InP ialah 1.35eV dan InGaAs ialah 0.75eV), InP biasanya digunakan sebagai bahan zon gandaan dan InGaAs sebagai bahan zon penyerapan.
(3) Struktur penyerapan, kecerunan dan gandaan (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/cm2) tanpa kerosakan, boleh digunakan sebagai bahan zon gandaan. Untuk bahan ini, reka bentuk APD ini adalah proses runtuhan salji terbentuk dalam InP jenis-N melalui perlanggaran lubang. Memandangkan perbezaan besar dalam jurang jalur antara InP dan InGaAs, perbezaan aras tenaga kira-kira 0.4eV dalam jalur valens menjadikan lubang yang dihasilkan dalam lapisan penyerapan InGaAs terhalang pada pinggir heterosimpang sebelum sampai ke lapisan pengganda InP dan kelajuannya berkurangan dengan ketara, menghasilkan masa tindak balas yang panjang dan lebar jalur sempit APD ini. Masalah ini boleh diselesaikan dengan menambah lapisan peralihan InGaAsP antara kedua-dua bahan.
(4) Struktur penyerapan, kecerunan, cas dan gandaan (SAGCM) masing-masing dicadangkan
Untuk melaraskan lagi taburan medan elektrik lapisan penyerapan dan lapisan gandaan, lapisan cas diperkenalkan ke dalam reka bentuk peranti, yang dapat meningkatkan kelajuan dan daya tindak balas peranti dengan ketara.
(5) Struktur SAGCM yang dipertingkatkan resonator (RCE)
Dalam reka bentuk optimum pengesan tradisional di atas, kita mesti menghadapi hakikat bahawa ketebalan lapisan penyerapan adalah faktor yang bertentangan untuk kelajuan peranti dan kecekapan kuantum. Ketebalan nipis lapisan penyerap dapat mengurangkan masa transit pembawa, jadi lebar jalur yang besar dapat diperoleh. Walau bagaimanapun, pada masa yang sama, untuk mendapatkan kecekapan kuantum yang lebih tinggi, lapisan penyerapan perlu mempunyai ketebalan yang mencukupi. Penyelesaian untuk masalah ini boleh jadi struktur rongga resonan (RCE), iaitu, Pemantul Bragg teragih (DBR) direka bentuk di bahagian bawah dan atas peranti. Cermin DBR terdiri daripada dua jenis bahan dengan indeks biasan rendah dan indeks biasan tinggi dalam struktur, dan kedua-duanya tumbuh secara berselang-seli, dan ketebalan setiap lapisan memenuhi panjang gelombang cahaya tuju 1/4 dalam semikonduktor. Struktur resonator pengesan dapat memenuhi keperluan kelajuan, ketebalan lapisan penyerapan dapat dibuat sangat nipis, dan kecekapan kuantum elektron ditingkatkan setelah beberapa pantulan.
(6) Struktur pandu gelombang gandingan tepi (WG-APD)
Satu lagi penyelesaian untuk menyelesaikan percanggahan kesan ketebalan lapisan penyerapan yang berbeza terhadap kelajuan peranti dan kecekapan kuantum adalah dengan memperkenalkan struktur pandu gelombang gandingan 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 lebar jalur dan kecekapan yang berbeza pada ketebalan lapisan penyerapan, dan dijangka mencapai kadar tinggi dan kecekapan kuantum yang tinggi APD. Proses WG-APD adalah lebih mudah daripada RCE APD, yang menghapuskan proses penyediaan cermin DBR yang rumit. Oleh itu, ia lebih praktikal dalam bidang praktikal dan sesuai untuk sambungan optik satah biasa.
3. Kesimpulan
Perkembangan runtuhan saljipengesan fotoBahan dan peranti dikaji semula. Kadar pengionan perlanggaran elektron dan lubang bagi bahan InP adalah hampir sama dengan InAlAs, yang membawa kepada proses berganda bagi dua simbion pembawa, yang menjadikan masa pembentukan runtuhan salji lebih lama dan hingar meningkat. Berbanding dengan bahan InAlAs tulen, struktur telaga kuantum InGaAs (P)/InAlAs dan In(Al)GaAs/InAlAs mempunyai nisbah pekali pengionan perlanggaran yang lebih tinggi, jadi prestasi hingar boleh berubah dengan ketara. Dari segi struktur, struktur SAGCM dipertingkatkan resonator (RCE) dan struktur pandu gelombang gandingan tepi (WG-APD) dibangunkan untuk menyelesaikan percanggahan kesan ketebalan lapisan penyerapan yang berbeza pada kelajuan peranti dan kecekapan kuantum. Disebabkan oleh kerumitan proses, aplikasi praktikal penuh bagi kedua-dua struktur ini perlu diterokai dengan lebih lanjut.
Masa siaran: 14 Nov-2023