Prinsip lan kahanan saikifotodetektor longsor (Fotodetektor APD) Bagean Kapindho
2.2 Struktur chip APD
Struktur chip sing cukup apik minangka jaminan dhasar piranti kinerja dhuwur. Desain struktural APD utamane nganggep konstanta wektu RC, penangkapan bolongan ing heterojunction, wektu transit operator liwat wilayah deplesi lan liya-liyane. Pangembangan strukture dirangkum ing ngisor iki:
(1) Struktur dhasar
Struktur APD sing paling prasaja adhedhasar fotodioda PIN, wilayah P lan wilayah N didoping banget, lan wilayah penolak ganda tipe-N utawa tipe-P dilebokake ing wilayah P utawa wilayah N sing jejer kanggo ngasilake elektron sekunder lan pasangan bolongan, supaya bisa nggayuh amplifikasi arus foto primer. Kanggo bahan seri InP, amarga koefisien ionisasi dampak bolongan luwih gedhe tinimbang koefisien ionisasi dampak elektron, wilayah gain doping tipe-N biasane diselehake ing wilayah P. Ing kahanan sing ideal, mung bolongan sing diinjeksi menyang wilayah gain, mula struktur iki diarani struktur sing diinjeksi bolongan.
(2) Penyerapan lan gain dibedakake
Amarga karakteristik celah pita InP sing amba (InP yaiku 1.35 eV lan InGaAs yaiku 0.75 eV), InP biasane digunakake minangka bahan zona gain lan InGaAs minangka bahan zona absorpsi.
(3) Struktur panyerepan, gradien, lan gain (SAGM) diusulake kanthi masing-masing
Saiki, umume piranti APD komersial nggunakake bahan InP/InGaAs, InGaAs minangka lapisan panyerepan, InP ing medan listrik dhuwur (>5x105V/cm) tanpa rusak, bisa digunakake minangka bahan zona gain. Kanggo bahan iki, desain APD iki yaiku proses longsoran dibentuk ing InP tipe-N kanthi tabrakan bolongan. Ngelingi bedane gedhe ing celah pita antarane InP lan InGaAs, bedane tingkat energi udakara 0,4eV ing pita valensi nggawe bolongan sing diasilake ing lapisan panyerepan InGaAs terhambat ing pinggiran heterojunction sadurunge tekan lapisan pengganda InP lan kecepatane suda banget, sing nyebabake wektu respon sing dawa lan bandwidth sing sempit saka APD iki. Masalah iki bisa diatasi kanthi nambahake lapisan transisi InGaAsP antarane rong bahan kasebut.
(4) Struktur panyerepan, gradien, muatan lan gain (SAGCM) diusulake kanthi masing-masing
Kanggo luwih nyetel distribusi medan listrik saka lapisan panyerepan lan lapisan gain, lapisan pangisian daya dilebokake ing desain piranti, sing ningkatake kecepatan lan responsif piranti kanthi signifikan.
(5) Struktur SAGCM sing ditingkatake resonator (RCE)
Ing desain optimal detektor tradisional ing ndhuwur, kita kudu ngadhepi kasunyatan manawa kekandelan lapisan panyerepan minangka faktor sing kontradiktif kanggo kecepatan piranti lan efisiensi kuantum. Kekandelan lapisan panyerep sing tipis bisa nyuda wektu transit pembawa, saengga bandwidth sing gedhe bisa dipikolehi. Nanging, ing wektu sing padha, kanggo entuk efisiensi kuantum sing luwih dhuwur, lapisan panyerepan kudu duwe kekandelan sing cukup. Solusi kanggo masalah iki bisa uga struktur rongga resonansi (RCE), yaiku, Reflektor Bragg (DBR) sing didistribusikake dirancang ing sisih ngisor lan ndhuwur piranti. Pangilon DBR kasusun saka rong jinis bahan kanthi indeks bias sing kurang lan indeks bias sing dhuwur ing struktur, lan loro-lorone tuwuh kanthi gantian, lan kekandelan saben lapisan ketemu karo dawa gelombang cahya sing teka 1/4 ing semikonduktor. Struktur resonator detektor bisa nyukupi syarat kecepatan, kekandelan lapisan panyerepan bisa digawe tipis banget, lan efisiensi kuantum elektron tambah sawise sawetara refleksi.
(6) Struktur pandu gelombang sing digandheng pinggir (WG-APD)
Solusi liya kanggo ngatasi kontradiksi efek kekandelan lapisan panyerepan sing beda-beda ing kecepatan piranti lan efisiensi kuantum yaiku ngenalake struktur pandu gelombang sing digandhengake karo pinggiran. Struktur iki mlebu cahya saka sisih, amarga lapisan panyerepan dawa banget, gampang entuk efisiensi kuantum sing dhuwur, lan ing wektu sing padha, lapisan panyerepan bisa digawe tipis banget, nyuda wektu transit operator. Mulane, struktur iki ngatasi ketergantungan bandwidth lan efisiensi sing beda-beda ing kekandelan lapisan panyerepan, lan diarepake bisa entuk tingkat dhuwur lan efisiensi kuantum sing dhuwur APD. Proses WG-APD luwih prasaja tinimbang RCE APD, sing ngilangi proses persiapan pangilon DBR sing rumit. Mulane, luwih praktis ing lapangan praktis lan cocok kanggo sambungan optik bidang umum.
3. Dudutan
Pangembangan longsoran saljufotodetektorBahan lan piranti ditinjau. Tingkat ionisasi tabrakan elektron lan bolongan saka bahan InP cedhak karo InAlAs, sing ndadékaké proses ganda saka rong simbion pembawa, sing ndadèkaké wektu mbangun longsoran luwih suwé lan gangguan tambah. Dibandhingaké karo bahan InAlAs murni, struktur sumur kuantum InGaAs (P) /InAlAs lan In (Al) GaAs/InAlAs duwé rasio koefisien ionisasi tabrakan sing luwih dhuwur, saéngga kinerja gangguan bisa owah banget. Babagan struktur, struktur SAGCM sing ditingkatake resonator (RCE) lan struktur pandu gelombang gandeng pinggiran (WG-APD) dikembangake kanggo ngatasi kontradiksi efek kekandelan lapisan panyerepan sing béda ing kecepatan piranti lan efisiensi kuantum. Amarga kerumitan proses kasebut, aplikasi praktis lengkap saka rong struktur iki kudu dieksplorasi luwih lanjut.
Wektu kiriman: 14 Nov-2023