Prensibi ve şimdiki durumuÇığ Photodetector (APD Photodetector) İkinci Bölüm
2.2 APD çip yapısı
Makul çip yapısı, yüksek performanslı cihazların temel garantisidir. APD'nin yapısal tasarımı esas olarak RC zaman sabitini, Heterojunction'da delik yakalamayı, tükenme bölgesi boyunca taşıyıcı geçiş süresini vb. Yapısının gelişimi aşağıda özetlenmiştir:
(1) Temel yapı
En basit APD yapısı, pim fotodiyotuna dayanır, P bölgesi ve N bölgesi yoğun bir şekilde katkedilir ve ikincil elektronlar ve delik çiftleri üretmek için bitişik P bölgesinde veya N bölgesinde N-tipi veya P-tipi geri alınan bölgesi, birincil fotokurrenstin amplifikasyonunu gerçekleştirmek için sokulur. INP serisi malzemeleri için, delik darbesi iyonizasyon katsayısı elektron darbesi iyonizasyon katsayısından daha büyük olduğundan, N-tipi dopingin kazanç bölgesi genellikle P bölgesine yerleştirilir. İdeal bir durumda, kazanç bölgesine sadece delikler enjekte edilir, bu nedenle bu yapıya delik enjekte edilmiş bir yapı denir.
(2) Emilim ve kazanç ayırt edilir
INP'nin geniş bant boşluğu özellikleri nedeniyle (INP 1.35EV'dir ve InGAA'lar 0.75EV'dir), INP genellikle kazanç bölgesi malzemesi olarak kullanılır ve absorpsiyon bölgesi materyali olarak INGAA'lar kullanılır.
(3) Emilim, gradyan ve kazanç (SAGM) yapıları sırasıyla önerilir
Şu anda, ticari APD cihazlarının çoğu INP/INGAAS malzemesi, Absorpsiyon katmanı olarak IngAA'lar, bozulma olmadan yüksek elektrik alanı (> 5x105v/cm) altında INP kullanır, kazanç bölgesi malzemesi olarak kullanılabilir. Bu malzeme için, bu APD'nin tasarımı, çığ sürecinin N-tipi Inp'de deliklerin çarpışmasıyla oluşmasıdır. INP ve INGAA'lar arasındaki bant boşluğundaki büyük fark göz önüne alındığında, değerlik bandında yaklaşık 0.4EV enerji seviyesi farkı, INP çarpıcı tabakasında engellenen INGAAS absorpsiyon katmanında üretilen delikleri, Heserojonksiyon kenarında engellenir ve hız büyük ölçüde azalır, bu da bu APD'nin uzun tepki süresi ve dar bandwidth ile sonuçlanır. Bu problem, iki malzeme arasında bir Ingaasp geçiş katmanı eklenerek çözülebilir.
(4) Emilim, gradyan, yük ve kazanç (SAGCM) yapıları sırasıyla önerilir
Emilim katmanının ve kazanç katmanının elektrik alanı dağılımını daha da ayarlamak için, şarj katmanı cihaz tasarımına eklenir, bu da cihaz hızını ve duyarlılığını büyük ölçüde artırır.
(5) Rezonatör Geliştirilmiş (RCE) SAGCM yapısı
Geleneksel dedektörlerin yukarıdaki optimal tasarımında, emilim katmanının kalınlığının cihaz hızı ve kuantum verimliliği için çelişkili bir faktör olduğu gerçeğiyle karşı karşıya olmalıyız. Emici tabakanın ince kalınlığı taşıyıcı geçiş süresini azaltabilir, böylece büyük bir bant genişliği elde edilebilir. Bununla birlikte, aynı zamanda, daha yüksek kuantum verimliliği elde etmek için, emme tabakasının yeterli bir kalınlığa sahip olması gerekir. Bu sorunun çözümü rezonant boşluk (RCE) yapısı olabilir, yani dağıtılmış Bragg reflektörü (DBR) cihazın alt ve üstünde tasarlanmıştır. DBR aynası, düşük kırılma indisi ve yapıda yüksek kırılma indisi olan iki çeşit malzemeden oluşur ve ikisi dönüşümlü olarak büyür ve her katmanın kalınlığı yarı iletkende olay ışık dalga boyu 1/4 karşılar. Dedektörün rezonatör yapısı hız gereksinimlerini karşılayabilir, emme tabakasının kalınlığı çok ince hale getirilebilir ve birkaç yansımadan sonra elektronun kuantum verimliliği arttırılır.
(6) Kenar bağlı dalga kılavuzu yapısı (WG-APD)
Emilim katmanı kalınlığının cihaz hızı ve kuantum verimliliği üzerindeki farklı etkilerinin çelişkisini çözmek için bir başka çözüm, kenar bağlantılı dalga kılavuzu yapısını tanıtmaktır. Bu yapı yandan ışığa girer, emilim tabakası çok uzun olduğundan, yüksek kuantum verimliliği elde etmek kolaydır ve aynı zamanda emme tabakası çok ince hale getirilebilir ve taşıyıcı geçiş süresini azaltır. Bu nedenle, bu yapı bant genişliğinin ve verimliliğin emilim katmanının kalınlığı üzerindeki farklı bağımlılığını çözer ve yüksek oranlı ve yüksek kuantum verimlilik APD elde etmesi beklenmektedir. WG-APD işlemi, DBR aynasının karmaşık hazırlık sürecini ortadan kaldıran RCE APD'nin süreci daha basittir. Bu nedenle, pratik alanda daha mümkündür ve ortak düzlem optik bağlantısı için uygundur.
3. Sonuç
Çığ gelişimifotodetektörMalzemeler ve cihazlar gözden geçirilir. INP malzemelerinin elektron ve delik çarpışma iyonizasyon oranları Inalas'a yakındır, bu da çığ bina süresini daha uzun ve gürültüyü arttıran iki taşıyıcı sembimin çift işlemine yol açar. Saf Inalas malzemeleriyle karşılaştırıldığında, InGAAS (P) /Inalas ve (Al) GaAs /Inalas kuantum kuyu yapıları, çarpışma iyonizasyon katsayılarının oranına sahiptir, böylece gürültü performansı büyük ölçüde değiştirilebilir. Yapı açısından, emme tabakası kalınlığının cihaz hızı ve kuantum verimliliği üzerindeki farklı etkilerinin çelişkilerini çözmek için rezonatör geliştirilmiş (RCE) SAGCM yapısı ve kenar bağlantılı dalga kılavuzu yapısı (WG-APD) geliştirilmiştir. Sürecin karmaşıklığı nedeniyle, bu iki yapının tam pratik uygulamasının daha fazla araştırılması gerekmektedir.
Gönderme Zamanı: Kasım-14-2023