Principiul și situația actuală aFotodetector de avalanșă (Fotodetector APD) Partea a doua
2.2 Structura cipului APD
Structura rezonabilă a cipurilor este garanția de bază a dispozitivelor de înaltă performanță. Proiectarea structurală a APD ia în considerare în principal constanta de timp RC, captarea găurilor la heterojuncție, timpul de tranzit purtător prin regiunea de epuizare și așa mai departe. Dezvoltarea structurii sale este rezumată mai jos:
(1) Structura de bază
Cea mai simplă structură APD se bazează pe fotodiodul PIN, regiunea P și regiunea N sunt puternic dopate, iar regiunea dublă de tip N sau P de tip P este introdusă în regiunea P adiacentă sau regiunea N pentru a genera electroni secundari și perechi de găuri, astfel încât să realizeze amplificarea fotocurentului primar. Pentru materialele din seria INP, deoarece coeficientul de ionizare a impactului în găuri este mai mare decât coeficientul de ionizare a impactului electronilor, regiunea de câștig a dopajului de tip N este de obicei plasată în regiunea P. Într-o situație ideală, numai găurile sunt injectate în regiunea de câștig, astfel încât această structură se numește structură injectată de găuri.
(2) absorbția și câștigul se disting
Datorită caracteristicilor largi ale decalajului de bandă ale INP (INP este 1,35ev, iar ingaas este de 0,75ev), INP este de obicei utilizat ca material din zona de câștig și IngaAS ca material din zona de absorbție.
(3) Structurile de absorbție, gradient și câștig (SAGM) sunt propuse, respectiv
În prezent, majoritatea dispozitivelor APD comerciale folosesc material INP/InGAAS, InGAAS ca strat de absorbție, INP sub un câmp electric ridicat (> 5x105V/cm) fără defalcare, poate fi utilizat ca material din zona de câștig. Pentru acest material, proiectarea acestui APD este că procesul de avalanșă este format în INP de tip N prin coliziunea găurilor. Având în vedere diferența mare în decalajul de bandă dintre INP și InGAAS, diferența de nivel de energie de aproximativ 0,4ev în banda de valență face ca găurile generate în stratul de absorbție IngaAs obstrucționat la marginea heterojuncției, înainte de a atinge stratul multiplicator INP, iar viteza este mult redusă, rezultând un timp lung de răspuns și lămâia de bandă îngustă a acestui APD. Această problemă poate fi rezolvată prin adăugarea unui strat de tranziție IngaASP între cele două materiale.
(4) Structurile de absorbție, gradient, încărcare și câștig (SAGCM) sunt propuse, respectiv
Pentru a ajusta în continuare distribuția câmpului electric a stratului de absorbție și a stratului de câștig, stratul de încărcare este introdus în proiectarea dispozitivului, ceea ce îmbunătățește foarte mult viteza și receptivitatea dispozitivului.
(5) Structura SAGCM îmbunătățită de rezonator (RCE)
În proiectarea optimă de mai sus a detectoarelor tradiționale, trebuie să ne confruntăm cu faptul că grosimea stratului de absorbție este un factor contradictoriu pentru viteza dispozitivului și eficiența cuantică. Grosimea subțire a stratului absorbant poate reduce timpul de tranzit al purtătorului, astfel încât se poate obține o lățime mare de bandă. Cu toate acestea, în același timp, pentru a obține o eficiență cuantică mai mare, stratul de absorbție trebuie să aibă o grosime suficientă. Soluția la această problemă poate fi structura cavității rezonante (RCE), adică reflectorul BRAGG distribuit (DBR) este proiectat în partea de jos și de sus a dispozitivului. Oglinda DBR este formată din două tipuri de materiale cu un indice de refracție scăzut și un indice de refracție ridicat în structură, iar cele două cresc alternativ, iar grosimea fiecărui strat îndeplinește lungimea de undă a luminii incidente 1/4 în semiconductor. Structura rezonator a detectorului poate satisface cerințele de viteză, grosimea stratului de absorbție poate fi făcută foarte subțire, iar eficiența cuantică a electronului este crescută după mai multe reflecții.
(6) Structura ghidului de undă cuplat cu margine (WG-APD)
O altă soluție pentru a rezolva contradicția diferitelor efecte ale grosimii stratului de absorbție asupra vitezei dispozitivului și a eficienței cuantice este introducerea structurii ghidului de undă cuplat cu margine. Această structură intră în lumină din lateral, deoarece stratul de absorbție este foarte lung, este ușor să obții o eficiență cuantică ridicată și, în același timp, stratul de absorbție poate fi făcut foarte subțire, reducând timpul de tranzit purtător. Prin urmare, această structură rezolvă dependența diferită a lățimii de bandă și eficiența de grosimea stratului de absorbție și este de așteptat să obțină APD cu o rată ridicată și cuantică ridicată. Procesul WG-APD este mai simplu decât cel al RCE APD, care elimină procesul de preparare complicat al oglinzii DBR. Prin urmare, este mai posibil în domeniul practic și potrivit pentru conexiunea optică cu plan comun.
3. Concluzie
Dezvoltarea AvalanțeifotodetectorMateriale și dispozitive sunt revizuite. Ratele de ionizare a coliziunilor de electroni și găuri ale materialelor INP sunt apropiate de cele ale Inalas, ceea ce duce la procesul dublu al celor două simboluri ale purtătorului, ceea ce face ca timpul de construire a avalanșei să fie mai lung și zgomotul. În comparație cu materialele pure de inalas, IngaAs (P) /inalas și în (AL) GaAs /Inalas Structurile cuantice cuantice au un raport crescut de coeficienții de ionizare a coliziunilor, astfel încât performanța zgomotului poate fi modificată foarte mult. În ceea ce privește structura, sunt dezvoltate structura SAGCM îmbunătățită de rezonator (RCE) și structura ghidului de undă cuplat cu margini (WG-APD) pentru a rezolva contradicțiile diferitelor efecte ale grosimii stratului de absorbție asupra vitezei dispozitivului și eficienței cuantice. Datorită complexității procesului, aplicarea practică completă a acestor două structuri trebuie explorată în continuare.
Timpul post: 14-2023 nov