Die beginsel en huidige situasie vanAvalanche -fotodetektor (APD fotodetektor) Deel twee
2.2 APD -chipstruktuur
Redelike chipstruktuur is die basiese waarborg van hoëprestasie -toestelle. Die strukturele ontwerp van APD oorweeg hoofsaaklik RC -tydkonstante, gatopname by heterojunksie, vervoertyd deur die uitputtingstreek en so aan. Die ontwikkeling van die struktuur daarvan word hieronder saamgevat:
(1) Basiese struktuur
Die eenvoudigste APD-struktuur is gebaseer op die PIN-fotodiode, die P-streek en die streek is sterk gedoteer, en die N-tipe of P-tipe dubbel-afstotende streek word in die aangrensende P-streek of N-streek ingestel om sekondêre elektrone en gatpare te genereer, om die versterking van die primêre fotosurrent te besef. Vir die inp-reekse-materiale, omdat die gatimpak-ionisasiekoëffisiënt groter is as die elektronimpak-ionisasiekoëffisiënt, word die winsgebied van N-tipe doping gewoonlik in die P-streek geplaas. In 'n ideale situasie word slegs gate in die winsgebied ingespuit, dus word hierdie struktuur 'n gaatjie-ingespuit struktuur genoem.
(2) absorpsie en wins word onderskei
As gevolg van die breë bandgapingseienskappe van INP (INP is 1,35 eV en Ingaas is 0,75 eV), word INP gewoonlik gebruik as die winssone -materiaal en INGAA's as die absorpsiesone -materiaal.
(3) Die absorpsie-, gradiënt- en wins (SAGM) strukture word onderskeidelik voorgestel
Op die oomblik kan die meeste kommersiële APD -toestelle InP/InGAAS -materiaal gebruik, IngaaS as die absorpsielaag, INP onder hoë elektriese veld (> 5x105V/cm) sonder ineenstorting, kan gebruik word as 'n winssone -materiaal. Vir hierdie materiaal is die ontwerp van hierdie APD dat die lawine-proses in die N-Type INP gevorm word deur die botsing van gate. Met inagneming van die groot verskil in die bandgaping tussen INP en INGAAS, maak die energievlakverskil van ongeveer 0,4 eV in die valensband die gate wat gegenereer word in die INGAAS -absorpsielaag wat by die heterojunksie -rand belemmer word voordat u die inp -vermenigvuldiger laag bereik, en die snelheid word baie verminder, wat lei tot 'n lang reaksietyd en smal 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 wins (SAGCM) strukture word onderskeidelik voorgestel
Om die elektriese veldverspreiding van die absorpsielaag en die winslaag verder aan te pas, word die ladingslaag in die toestelontwerp bekendgestel, wat die snelheid en responsiwiteit van die toestel aansienlik verbeter.
(5) Resonator verbeterde (RCE) SAGCM -struktuur
In die bogenoemde optimale ontwerp van tradisionele detektore, moet ons die feit in die gesig staar dat die dikte van die absorpsielaag 'n teenstrydige faktor is vir die snelheid van die toestel en kwantumdoeltreffendheid. Die dun dikte van die absorberende laag kan die vervoertyd verminder, sodat 'n groot bandwydte verkry kan word. Terselfdertyd, ten einde 'n hoër kwantiteitsdoeltreffendheid te verkry, moet die absorpsielaag egter voldoende dikte hê. Die oplossing vir hierdie probleem kan die resonante holte (RCE) struktuur wees, dit wil sê die verspreide Bragg -weerkaatser (DBR) is 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 voorvalliggolflengte 1/4 in die halfgeleier. Die resonatorstruktuur van die detektor kan aan die snelheidsvereistes voldoen, die dikte van die absorpsielaag kan baie dun gemaak word, en die kwantiteitsdoeltreffendheid van die elektron word verhoog na verskeie refleksies.
(6) randgekoppelde golfleierstruktuur (WG-APD)
'N Ander oplossing om die teenstrydigheid van verskillende effekte van die absorpsielaagdikte op die snelheid van die apparaat en kwantumdoeltreffendheid op te los, is om randgekoppelde golfleierstruktuur in te stel. Hierdie struktuur kom van die kant af lig, omdat die absorpsielaag baie lank is, is dit maklik om 'n hoë kwantumdoeltreffendheid te verkry, en terselfdertyd kan die absorpsielaag baie dun gemaak word, wat die vervoertyd verminder. Daarom los hierdie struktuur die verskillende afhanklikheid van bandwydte en doeltreffendheid op die dikte van die absorpsielaag op, en word verwag dat dit 'n hoë snelheid en 'n hoë kwantumdoeltreffendheid APD sal 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 uitvoerbaar in die praktiese veld en geskik vir die optiese verband met 'n gewone vlak.
3. Gevolgtrekking
Die ontwikkeling van AvalanchefotodetektorMateriaal en toestelle word hersien. Die elektron- en gatbotsings ionisasietempo van INP -materiale is naby dié van Inalas, wat lei tot die dubbele proses van die twee draer -simbions, wat die Avalanche -boutyd langer maak en die geraas toeneem. In vergelyking met suiwer Inalas -materiale, het die Ingaas (P) /inalas en in (Al) GaAs /Inalas kwantumputstrukture 'n verhoogde verhouding van botsing -ionisasiekoëffisiënte, sodat die geraasprestasie baie verander kan word. Wat die struktuur betref, word die resonator verbeterde (RCE) SAGCM-struktuur en randgekoppelde golfleierstruktuur (WG-APD) ontwikkel om die teenstrydighede van verskillende effekte van die absorpsielaagdikte op die snelheid van die toestel en kwantumdoeltreffendheid op te los. As gevolg van die kompleksiteit van die proses, moet die volledige praktiese toepassing van hierdie twee strukture verder ondersoek word.
Postyd: Nov-14-2023