Die beginsel en huidige situasie vanstortvloed fotodetektor (APD fotodetektor) Deel twee
2.2 APD-skyfiestruktuur
Redelike skyfiestruktuur is die basiese waarborg van hoë werkverrigting toestelle.Die strukturele ontwerp van APD neem hoofsaaklik RC-tydkonstante, gatvang by heterojunction, draer-transittyd deur uitputtingstreek en so meer 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 dubbelafstotende streek word in die aangrensende P-streek of N-streek ingebring om sekondêre elektrone en gat te genereer pare, om die versterking van die primêre fotostroom te realiseer.Vir InP-reeks materiale, omdat die gatimpak-ionisasiekoëffisiënt groter is as die elektronimpak-ionisasiekoëffisiënt, word die versterkingsgebied van N-tipe doping gewoonlik in die P-gebied geplaas.In 'n ideale situasie word slegs gate in die versterkingsgebied ingespuit, so hierdie struktuur word 'n gat-ingespuitte struktuur genoem.
(2) Absorpsie en wins word onderskei
As gevolg van die breë bandgaping-eienskappe van InP (InP is 1.35eV en InGaAs is 0.75eV), word InP gewoonlik gebruik as die versterkingsonemateriaal en InGaAs as die absorpsiesonemateriaal.
(3) Die absorpsie, gradiënt en wins (SAGM) strukture word onderskeidelik voorgestel
Tans gebruik die meeste kommersiële APD-toestelle InP/InGaAs-materiaal, InGaAs as die absorpsielaag, InP onder hoë elektriese veld (>5x105V/cm) sonder afbreek, kan as 'n aanwinsone-materiaal gebruik word.Vir hierdie materiaal is die ontwerp van hierdie APD dat die stortvloedproses in die N-tipe InP gevorm word deur die botsing van gate.As die groot verskil in die bandgaping tussen InP en InGaAs in ag geneem word, maak die energievlakverskil van ongeveer 0.4eV in die valensband die gate wat in die InGaAs-absorpsielaag gegenereer word, belemmer by die heterojunction-rand voordat dit die InP-vermenigvuldigerlaag bereik en die spoed is baie verminder, wat 'n lang reaksietyd en smal bandwydte van hierdie APD tot gevolg het.Hierdie probleem kan opgelos word deur 'n InGaAsP-oorgangslaag tussen die twee materiale by te voeg.
(4) Die absorpsie, gradiënt, lading en versterking (SAGCM) strukture 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 toestelspoed en reaksie aansienlik verbeter.
(5) Resonator-verbeterde (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 toestelspoed en kwantumdoeltreffendheid.Die dun dikte van die absorberende laag kan die vervoertyd van die draer 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 Reflector (DBR) is ontwerp aan die onderkant en bokant van die toestel.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 golfleierstruktuur (WG-APD)
Nog 'n oplossing om die teenstrydigheid van verskillende effekte van absorpsielaagdikte op toestelspoed en kwantumdoeltreffendheid op te los, is om randgekoppelde golfleierstruktuur in te voer.Hierdie struktuur gaan lig van die kant af binne, want die absorpsielaag is baie lank, dit is maklik om 'n hoë kwantumdoeltreffendheid te verkry, en terselfdertyd kan die absorpsielaag baie dun gemaak word, wat die vervoertyd van die draer 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 algemene vlak optiese verbinding.
3. Gevolgtrekking
Die ontwikkeling van stortvloedfotodetektormateriaal en toestelle word hersien.Die elektron- en gatbotsing-ionisasietempo's van InP-materiale is naby dié van InAlAs, wat lei tot die dubbele proses van die twee draersimbies, wat die stortvloed-boutyd 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 botsingionisasiekoëffisiënte, sodat die geraasprestasie aansienlik verander kan word.Wat struktuur betref, word resonator-versterkte (RCE) SAGCM-struktuur en randgekoppelde golfleierstruktuur (WG-APD) ontwikkel om die teenstrydighede van verskillende effekte van absorpsielaagdikte op toestelspoed en kwantumdoeltreffendheid op te los.Weens die kompleksiteit van die proses moet die volle praktiese toepassing van hierdie twee strukture verder ondersoek word.
Postyd: 14 Nov 2023