Prinsip dan situasi semasa bagipengesan foto runtuhan salji (Pengesan foto APD) Bahagian kedua
2.2 Struktur cip APD
Struktur cip yang munasabah adalah jaminan asas bagi peranti berprestasi tinggi.Reka bentuk struktur APD terutamanya menganggap pemalar masa RC, tangkapan lubang pada heterojunction, masa transit pembawa melalui kawasan penyusutan dan sebagainya.Perkembangan strukturnya diringkaskan di bawah:
(1) Struktur asas
Struktur APD yang paling mudah adalah berdasarkan fotodiod PIN, rantau P dan rantau N banyak didopkan, dan kawasan penolak berganda jenis N atau P diperkenalkan di rantau P atau N bersebelahan untuk menghasilkan elektron dan lubang sekunder. berpasangan, untuk merealisasikan penguatan arus foto primer.Untuk bahan siri InP, kerana pekali pengionan hentaman lubang lebih besar daripada pekali pengionan hentaman elektron, kawasan perolehan doping jenis N biasanya diletakkan di rantau P.Dalam keadaan yang ideal, hanya lubang yang disuntik ke dalam kawasan keuntungan, jadi struktur ini dipanggil struktur yang disuntik lubang.
(2) Penyerapan dan keuntungan dibezakan
Disebabkan oleh ciri jurang jalur lebar InP (InP ialah 1.35eV dan InGaAs ialah 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 tinggi (>5x105V/cm) tanpa kerosakan, boleh digunakan sebagai bahan zon keuntungan.Untuk bahan ini, reka bentuk APD ini ialah proses runtuhan salji terbentuk dalam InP jenis N melalui perlanggaran lubang.Memandangkan perbezaan besar dalam jurang jalur antara InP dan InGaAs, perbezaan tahap tenaga kira-kira 0.4eV dalam jalur valens menjadikan lubang yang dihasilkan dalam lapisan penyerapan InGaAs terhalang di pinggir heterojunction sebelum mencapai lapisan pengganda InP dan kelajuannya sangat tinggi. dikurangkan, menyebabkan masa tindak balas yang panjang dan lebar jalur APD ini sempit.Masalah ini boleh diselesaikan dengan menambahkan lapisan peralihan InGaAsP antara kedua-dua bahan.
(4) Struktur penyerapan, kecerunan, caj dan keuntungan (SAGCM) masing-masing dicadangkan
Untuk melaraskan lagi pengagihan medan elektrik pada lapisan penyerapan dan lapisan keuntungan, lapisan caj diperkenalkan ke dalam reka bentuk peranti, yang meningkatkan kelajuan dan tindak balas peranti dengan ketara.
(5) Struktur SAGCM dipertingkatkan resonator (RCE).
Dalam reka bentuk optimum pengesan tradisional di atas, kita mesti menghadapi hakikat bahawa ketebalan lapisan penyerapan adalah faktor bercanggah untuk kelajuan peranti dan kecekapan kuantum.Ketebalan nipis lapisan penyerap boleh mengurangkan masa transit pembawa, jadi lebar jalur yang besar boleh diperolehi.Walau bagaimanapun, pada masa yang sama, untuk mendapatkan kecekapan kuantum yang lebih tinggi, lapisan penyerapan perlu mempunyai ketebalan yang mencukupi.Penyelesaian kepada masalah ini boleh menjadi struktur rongga resonans (RCE), iaitu, Bragg Reflector (DBR) teragih direka 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 berselang-seli, dan ketebalan setiap lapisan memenuhi panjang gelombang cahaya kejadian 1/4 dalam semikonduktor.Struktur resonator pengesan boleh memenuhi keperluan kelajuan, ketebalan lapisan penyerapan boleh dibuat sangat nipis, dan kecekapan kuantum elektron meningkat selepas beberapa refleksi.
(6) Struktur pandu gelombang berganding tepi (WG-APD)
Satu lagi penyelesaian untuk menyelesaikan percanggahan kesan berbeza ketebalan lapisan penyerapan pada kelajuan peranti dan kecekapan kuantum adalah dengan memperkenalkan struktur pandu gelombang berganding 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 pergantungan berbeza lebar jalur dan kecekapan pada ketebalan lapisan penyerapan, dan dijangka mencapai kadar tinggi dan kecekapan kuantum tinggi APD.Proses WG-APD adalah lebih mudah daripada RCE APD, yang menghapuskan proses penyediaan cermin DBR yang rumit.Oleh itu, ia lebih boleh dilaksanakan dalam bidang praktikal dan sesuai untuk sambungan optik satah biasa.
3. Kesimpulan
Perkembangan runtuhan saljipengesan fotobahan dan peranti disemak.Kadar pengionan perlanggaran elektron dan lubang bahan InP adalah hampir dengan InAlAs, yang membawa kepada proses berganda dua simbion pembawa, yang menjadikan masa pembinaan runtuhan salji lebih lama dan bunyi meningkat.Berbanding dengan bahan InAlAs tulen, struktur telaga kuantum InGaAs (P) /InAlAs dan In (Al) GaAs/InAlAs mempunyai nisbah pekali pengionan perlanggaran yang meningkat, jadi prestasi hingar boleh diubah dengan banyak.Dari segi struktur, struktur SAGCM dipertingkatkan resonator (RCE) dan struktur pandu gelombang berganding tepi (WG-APD) dibangunkan untuk menyelesaikan percanggahan kesan berbeza 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 siaran: Nov-14-2023