Die beginsel en huidige situasie vansneeustorting fotodetektor (APD-fotodetektor) Deel Twee
2.2 APD-skyfiestruktuur
Redelike skyfiestruktuur is die basiese waarborg vir hoëprestasietoestelle. Die strukturele ontwerp van APD neem hoofsaaklik RC-tydkonstante, gatvangs by heterojunksie, draer-oorgangstyd deur die uitputtingsgebied en so aan in ag. Die ontwikkeling van sy struktuur word hieronder opgesom:
(1) Basiese struktuur
Die eenvoudigste APD-struktuur is gebaseer op die PIN-fotodiode, die P-streek en N-streek is swaar gedoteer, en die N-tipe of P-tipe dubbel-afstotende gebied word in die aangrensende P-streek of N-streek ingebring om sekondêre elektrone en gatpare te genereer, om sodoende die versterking van die primêre fotostroom te bewerkstellig. Vir InP-reeksmateriale, omdat die gat-impak-ionisasiekoëffisiënt groter is as die elektron-impak-ionisasiekoëffisiënt, word die versterkingsgebied van N-tipe dotering gewoonlik in die P-streek geplaas. In 'n ideale situasie word slegs gate in die versterkingsgebied ingespuit, daarom word hierdie struktuur 'n gat-ingespuite struktuur genoem.
(2) Absorpsie en wins word onderskei
As gevolg van die wye bandgapingseienskappe van InP (InP is 1.35 eV en InGaAs is 0.75 eV), word InP gewoonlik as die versterkingsonemateriaal en InGaAs as die absorpsiesonemateriaal gebruik.
(3) Die absorpsie-, gradiënt- en versterkings- (SAGM) strukture word onderskeidelik voorgestel
Tans gebruik die meeste kommersiële APD-toestelle InP/InGaAs-materiaal, InGaAs as die absorpsielaag, terwyl InP onder 'n hoë elektriese veld (>5x105V/cm) sonder deurslaggewendheid as 'n versterkingsonemateriaal gebruik kan word. Vir hierdie materiaal is die ontwerp van hierdie APD so dat die sneeustortingproses in die N-tipe InP gevorm word deur die botsing van gate. Gegewe die groot verskil in die bandgaping tussen InP en InGaAs, veroorsaak die energievlakverskil van ongeveer 0.4 eV in die valensband dat die gate wat in die InGaAs-absorpsielaag gegenereer word, by die heterojunksierand geblokkeer word voordat hulle die InP-vermenigvuldigerlaag bereik, en die spoed word aansienlik verminder, wat lei tot 'n lang reaksietyd en nou bandwydte van hierdie APD. Hierdie probleem kan opgelos word deur 'n InGaAsP-oorgangslaag tussen die twee materiale by te voeg.
(4) Die absorpsie-, gradiënt-, lading- en winsstrukture (SAGCM) word onderskeidelik voorgestel.
Om die elektriese veldverspreiding van die absorpsielaag en die versterkingslaag verder aan te pas, word die ladingslaag in die toestelontwerp ingebring, wat die toestel se spoed en reaksievermoë aansienlik verbeter.
(5) Resonatorversterkte (RCE) SAGCM-struktuur
In die bogenoemde optimale ontwerp van tradisionele detektors, moet ons die feit in die gesig staar dat die dikte van die absorpsielaag 'n teenstrydige faktor is vir die toestel se spoed en kwantumdoeltreffendheid. Die dun dikte van die absorberende laag kan die draer se oorgangstyd verminder, sodat 'n groot bandwydte verkry kan word. Terselfdertyd moet die absorpsielaag egter 'n voldoende dikte hê om hoër kwantumdoeltreffendheid te verkry. Die oplossing vir hierdie probleem kan die resonante holte (RCE) struktuur wees, dit wil sê, die verspreide Bragg Reflektor (DBR) word aan die onderkant en bokant van die toestel ontwerp. Die DBR-spieël bestaan uit twee soorte materiale met 'n lae brekingsindeks en 'n hoë brekingsindeks in struktuur, en die twee groei afwisselend, en die dikte van elke laag voldoen aan die invallende liggolflengte 1/4 in die halfgeleier. Die resonatorstruktuur van die detektor kan aan die spoedvereistes voldoen, die dikte van die absorpsielaag kan baie dun gemaak word, en die kwantumdoeltreffendheid van die elektron word verhoog na verskeie refleksies.
(6) Randgekoppelde golfgeleierstruktuur (WG-APD)
Nog 'n oplossing om die teenstrydigheid van verskillende effekte van die absorpsielaagdikte op toestelspoed en kwantumdoeltreffendheid op te los, is om 'n randgekoppelde golfgeleierstruktuur in te voer. Hierdie struktuur betree lig van die kant af, omdat die absorpsielaag baie lank is, is dit maklik om hoë kwantumdoeltreffendheid te verkry, en terselfdertyd kan die absorpsielaag baie dun gemaak word, wat die draer-oorgangstyd verminder. Daarom los hierdie struktuur die verskillende afhanklikheid van bandwydte en doeltreffendheid op die dikte van die absorpsielaag op, en word verwag om hoë tempo en hoë kwantumdoeltreffendheid APD te bereik. Die proses van WG-APD is eenvoudiger as dié van RCE APD, wat die ingewikkelde voorbereidingsproses van DBR-spieël uitskakel. Daarom is dit meer haalbaar in die praktiese veld en geskik vir gemeenskaplike vlak optiese verbinding.
3. Gevolgtrekking
Die ontwikkeling van 'n sneeustortingfotodetektormateriale en toestelle word hersien. Die elektron- en gatbotsingsionisasietempo's van InP-materiale is naby aan dié van InAlAs, wat lei tot die dubbele proses van die twee draersimbione, wat die sneeustortingboutyd langer maak en die geraas verhoog. In vergelyking met suiwer InAlAs-materiale, het InGaAs (P) /InAlAs en In (Al) GaAs /InAlAs kwantumputstrukture 'n verhoogde verhouding van botsingsionisasiekoëffisiënte, sodat die geraasprestasie aansienlik verander kan word. Wat struktuur betref, word resonatorversterkte (RCE) SAGCM-struktuur en randgekoppelde golfgeleierstruktuur (WG-APD) ontwikkel om die teenstrydighede van verskillende effekte van absorpsielaagdikte op toestelspoed en kwantumdoeltreffendheid op te los. As gevolg van die kompleksiteit van die proses, moet die volle praktiese toepassing van hierdie twee strukture verder ondersoek word.
Plasingstyd: 14 Nov 2023