Principen och nuvarande situation förlavinfotodetektor (APD -fotodetektor) Del två
2.2 APD -chipstruktur
Rimlig chipstruktur är den grundläggande garantin för högpresterande enheter. Den strukturella utformningen av APD beaktar huvudsakligen RC -tidskonstant, hålfångst vid heterojunktion, transporttransitid genom utarmningsregion och så vidare. Utvecklingen av dess struktur sammanfattas nedan:
(1) grundläggande struktur
Den enklaste APD-strukturen är baserad på PIN-fotodioden, P-regionen och N-regionen är kraftigt dopade, och N-typen eller P-typen dubbelt avvisande region introduceras i det intilliggande P-regionen eller N-regionen för att generera sekundära elektroner och hålpar, för att inse amplifieringen av det primära fotokurentet. För inp-seriematerial, eftersom hålpåverkan joniseringskoefficienten är större än elektronpåverkan joniseringskoefficienten, placeras förstärkningsområdet för doping av N-typ vanligtvis i P-regionen. I en idealisk situation injiceras endast hål i förstärkningsområdet, så denna struktur kallas en hålinjicerad struktur.
(2) Absorption och förstärkning skiljer sig
På grund av de breda bandgapegenskaperna för INP (INP är 1,35EV och INGAAS är 0,75EV) används INP vanligtvis som förstärkningszonmaterial och InGAA som absorptionszonmaterial.
(3) Absorptions-, gradient- och förstärkningsstrukturerna föreslås respektive
För närvarande använder de flesta kommersiella APD -enheter INP/INGAAS -material, InGaAs som absorptionsskikt, INP under högt elektriskt fält (> 5x105V/cm) utan nedbrytning, kan användas som ett förstärkningszonmaterial. För detta material är utformningen av denna APD att lavinprocessen bildas i N-Type-INP genom hålens kollision. Med tanke på den stora skillnaden i bandgapet mellan INP och INGAA, gör energinivåskillnaden på cirka 0,4EV i valensbandet hålen som genereras i Ingaas -absorptionsskiktet hindrat vid heterojunktionskanten innan den når inp -multiplikatorskiktet och hastigheten reduceras kraftigt, vilket resulterar i en lång responstid och smal bandförlopp. Detta problem kan lösas genom att lägga till ett InGAASP -övergångsskikt mellan de två materialen.
(4) Absorption, gradient, laddning och förstärkning (SAGCM) -strukturer föreslås respektive
För att ytterligare justera den elektriska fältfördelningen för absorptionsskiktet och förstärkningsskiktet införs laddningsskiktet i enhetsdesignen, vilket förbättrar enhetens hastighet och lyhördhet kraftigt.
(5) Resonator Enhanced (RCE) SAGCM -struktur
I ovanstående optimala utformning av traditionella detektorer måste vi möta det faktum att tjockleken på absorptionsskiktet är en motsägelsefull faktor för enhetshastigheten och kvanteffektiviteten. Den tunna tjockleken på det absorberande skiktet kan minska transporttiden, så att en stor bandbredd kan erhållas. Men samtidigt, för att få högre kvanteffektivitet, måste absorptionsskiktet ha en tillräcklig tjocklek. Lösningen på detta problem kan vara resonanskavitetsstrukturen (RCE), det vill säga den distribuerade Bragg -reflektorn (DBR) är utformad längst ner och toppen av enheten. DBR -spegeln består av två typer av material med lågt brytningsindex och högt brytningsindex i strukturen, och de två växer växelvis, och tjockleken på varje skikt möter den infallande ljusvåglängden 1/4 i halvledaren. Detektorns resonatorstruktur kan uppfylla hastighetskraven, tjockleken på absorptionsskiktet kan göras mycket tunt och elektronens kvanteffektivitet ökas efter flera reflektioner.
(6) Edge-kopplad vågledarstruktur (WG-APD)
En annan lösning för att lösa motsägelsen av olika effekter av absorptionsskikttjocklek på enhetshastighet och kvanteffektivitet är att införa kantkopplad vågledarstruktur. Denna struktur kommer in i ljuset från sidan, eftersom absorptionsskiktet är mycket långt, det är lätt att få hög kvanteffektivitet, och samtidigt kan absorptionsskiktet göras mycket tunt, vilket minskar transporttiden. Därför löser denna struktur det olika beroendet av bandbredd och effektivitet av absorptionsskiktets tjocklek och förväntas uppnå hög hastighet och hög kvanteffektivitet APD. Processen med WG-APD är enklare än för RCE APD, vilket eliminerar den komplicerade beredningsprocessen för DBR-spegel. Därför är det mer genomförbart i det praktiska fältet och lämpligt för vanlig planoptisk anslutning.
3. Slutsats
Utvecklingen av lavinfotodetektorMaterial och enheter granskas. Elektron- och hålkollisionsjoniseringshastigheterna för INP -material är nära inalas, vilket leder till den dubbla processen för de två bärarsymbionerna, vilket gör lavinbyggnadstiden längre och bruset ökade. Jämfört med rena inalasmaterial har Ingaas (p) /inalas och i (Al) GaAs /Inalas kvantbrunnsstrukturer ett ökat förhållande mellan kollisionsjoniseringskoefficienter, så att brusprestanda kan förändras kraftigt. När det gäller struktur utvecklas resonatorförbättrad (RCE) SAGCM-struktur och kantkopplad vågledarstruktur (WG-APD) för att lösa motsägelserna om olika effekter av absorptionsskikttjocklek på enhetens hastighet och kvanteffektivitet. På grund av processens komplexitet måste den fulla praktiska tillämpningen av dessa två strukturer undersökas ytterligare.
Inläggstid: november-14-2023