Prinsip lan kahanan saiki saka photodetector longsoran (APD photodetector) Part Two

Prinsip lan kahanan saikidetektor foto longsor (APD photodetector) Bagean Kaping pindho

2.2 Struktur chip APD
Struktur chip sing cukup minangka jaminan dhasar piranti kinerja dhuwur. Desain struktural APD utamane nganggep konstanta wektu RC, panangkepan bolongan ing heterojunction, wektu transit operator liwat wilayah panipisan lan liya-liyane. Perkembangan struktur kasebut diringkes ing ngisor iki:

(1) Struktur dhasar
Struktur APD sing paling gampang adhedhasar fotodioda PIN, wilayah P lan wilayah N akeh banget doped, lan wilayah N-jinis utawa P-tipe dobel-repellant dikenalaké ing wilayah P jejer utawa wilayah N kanggo ngasilake elektron sekunder lan bolongan. pasangan, supaya bisa mujudake amplifikasi arus foto primer. Kanggo bahan seri InP, amarga koefisien ionisasi impact bolongan luwih gedhe tinimbang koefisien ionisasi impact elektron, wilayah gain saka doping tipe N biasane diselehake ing wilayah P. Ing kahanan sing becik, mung bolongan sing disuntikake menyang wilayah gain, mula struktur iki diarani struktur sing disuntikake bolongan.

(2) Serep lan gain dibedakake
Amarga karakteristik celah pita lebar saka InP (InP yaiku 1.35eV lan InGaAs yaiku 0.75eV), InP biasane digunakake minangka bahan zona gain lan InGaAs minangka bahan zona panyerepan.

(3) Struktur absorption, gradient and gain (SAGM) diusulake
Saiki, umume piranti APD komersial nggunakake bahan InP / InGaAs, InGaAs minangka lapisan panyerepan, InP ing lapangan listrik dhuwur (> 5x105V / cm) tanpa rusak, bisa digunakake minangka bahan zona gain. Kanggo materi iki, desain APD iki yaiku proses longsoran dibentuk ing InP tipe N kanthi tabrakan bolongan. Ngelingi prabédan gedhe ing celah pita antarane InP lan InGaAs, prabédan tingkat energi kira-kira 0,4eV ing pita valensi ndadekake bolongan sing diasilake ing lapisan panyerepan InGaAs obstructed ing pinggir heterojunction sadurunge tekan lapisan multiplier InP lan kacepetan banget. suda, asil ing wektu respon dawa lan bandwidth panah saka APD iki. Masalah iki bisa ditanggulangi kanthi nambahake lapisan transisi InGaAsP ing antarane rong bahan kasebut.

(4) Struktur absorption, gradient, charge and gain (SAGCM) diusulake
Supaya luwih nyetel distribusi medan listrik saka lapisan panyerepan lan lapisan gain, lapisan pangisian daya wis ngenalaken menyang desain piranti, kang nemen mbenakake kacepetan piranti lan responsif.

(5) Struktur SAGCM Resonator Enhanced (RCE).
Ing desain detektor tradisional sing paling optimal ing ndhuwur, kita kudu ngadhepi kasunyatan manawa kekandelan lapisan panyerepan minangka faktor sing kontradiktif kanggo kacepetan piranti lan efisiensi kuantum. Kekandelan lancip saka lapisan nyerep bisa nyuda wektu transit operator, supaya bandwidth gedhe bisa dijupuk. Nanging, ing wektu sing padha, kanggo entuk efisiensi kuantum sing luwih dhuwur, lapisan panyerepan kudu nduweni kekandelan sing cukup. Solusi kanggo masalah iki bisa dadi struktur rongga resonansi (RCE), yaiku, Bragg Reflector (DBR) sing disebarake dirancang ing sisih ngisor lan ndhuwur piranti. Pangilon DBR kasusun saka rong jinis bahan karo indeks bias kurang lan indeks bias dhuwur ing struktur, lan loro tuwuh gantian, lan kekandelan saben lapisan meets dawa gelombang cahya kedadean 1/4 ing semikonduktor. Struktur resonator saka detektor bisa nyukupi syarat kacepetan, kekandelan lapisan panyerepan bisa digawe tipis banget, lan efisiensi kuantum elektron tambah sawise sawetara refleksi.

(6) Struktur pandu gelombang gabungan tepi (WG-APD)
Solusi liyane kanggo ngatasi kontradiksi efek sing beda saka kekandelan lapisan panyerepan ing kacepetan piranti lan efisiensi kuantum yaiku ngenalake struktur pandu arah sing dipasang ing pinggir. Struktur iki lumebu cahya saka sisih, amarga lapisan panyerepan dawa banget, iku gampang kanggo entuk efficiency kuantum dhuwur, lan ing wektu sing padha, lapisan panyerepan bisa digawe tipis banget, ngurangi wektu transit operator. Mulane, struktur iki solves katergantungan beda bandwidth lan efficiency ing kekandelan lapisan panyerepan, lan samesthine kanggo entuk tingkat dhuwur lan efficiency kuantum dhuwur APD. Proses WG-APD luwih prasaja tinimbang RCE APD, sing ngilangake proses persiapan sing rumit saka pangilon DBR. Mulane, iku luwih layak ing lapangan praktis lan cocok kanggo sambungan optik bidang umum.

3. Kesimpulan
Perkembangan longsordetektor fotomateri lan piranti dideleng. Tingkat ionisasi tabrakan elektron lan bolongan bahan InP cedhak karo InAlAs, sing ndadékaké proses ganda saka rong simbion operator, sing ndadekake wektu bangunan longsor luwih suwe lan swara tambah. Dibandhingake karo bahan InAlAs murni, InGaAs (P) /InAlAs lan In (Al) GaAs/InAlAs struktur sumur kuantum duwe rasio tambah koefisien ionisasi tabrakan, saéngga kinerja swara bisa diganti banget. Ing babagan struktur, struktur SAGCM sing ditingkatake resonator (RCE) lan struktur pandu arah gelombang pinggiran (WG-APD) dikembangake kanggo ngatasi kontradiksi efek sing beda saka kekandelan lapisan panyerepan ing kacepetan piranti lan efisiensi kuantum. Amarga kerumitan proses kasebut, aplikasi praktis lengkap saka rong struktur kasebut kudu ditliti maneh.