La principo kaj nuna situacio delavanga fotodetektilo (APD-fotodetektilo) Dua Parto
2.2 APD-icostrukturo
Racia strukturo de ĉipoj estas la baza garantio de alt-efikecaj aparatoj. La struktura dezajno de APD ĉefe konsideras RC-tempokonstanton, truokapton ĉe heterokrucvojo, transportiltransittempon tra malpleniga regiono kaj tiel plu. La disvolviĝo de ĝia strukturo estas resumita sube:
(1) Baza strukturo
La plej simpla APD-strukturo baziĝas sur PIN-fotodiodo, la P-regiono kaj N-regiono estas forte dopitaj, kaj la N-tipa aŭ P-tipa duoble forpuŝa regiono estas enkondukita en la apudan P-regionon aŭ N-regionon por generi sekundarajn elektronojn kaj truoparojn, por realigi la amplifikadon de la primara fotofluo. Por InP-seriaj materialoj, ĉar la truo-joniga koeficiento estas pli granda ol la elektrono-joniga koeficiento, la gajno-regiono de N-tipa dopado kutime estas metita en la P-regionon. En ideala situacio, nur truoj estas injektitaj en la gajno-regionon, do ĉi tiu strukturo nomiĝas truo-injektita strukturo.
(2) Absorbado kaj gajno estas distingitaj
Pro la larĝbendaj breĉoj de InP (InP estas 1.35eV kaj InGaAs estas 0.75eV), InP estas kutime uzata kiel la gajnozonmaterialo kaj InGaAs kiel la sorbozonmaterialo.
(3) La strukturoj de sorbado, gradiento kaj gajno (SAGM) estas proponitaj respektive
Nuntempe, plej multaj komercaj APD-aparatoj uzas InP/InGaAs-materialon. InGaAs estas la absorba tavolo. InP sub alta elektra kampo (>5x105V/cm) sen paneo povas esti uzata kiel materialo por la gajna zono. Por ĉi tiu materialo, la dezajno de ĉi tiu APD estas, ke la lavangoprocezo formiĝas en la N-tipa InP per la kolizio de truoj. Konsiderante la grandan diferencon en la bendbreĉo inter InP kaj InGaAs, la energinivela diferenco de ĉirkaŭ 0.4eV en la valenta bendo kaŭzas, ke la truoj generitaj en la absorba tavolo de InGaAs estas obstrukcitaj ĉe la heterokruciĝo-rando antaŭ ol atingi la multiplikatan tavolon de InP, kaj la rapido estas multe reduktita, rezultante en longa respondotempo kaj mallarĝa bendlarĝo de ĉi tiu APD. Ĉi tiu problemo povas esti solvita per aldono de InGaAsP-transira tavolo inter la du materialoj.
(4) La strukturoj de sorbo, gradiento, ŝargo kaj gajno (SAGCM) estas proponitaj respektive.
Por plue alĝustigi la distribuon de la elektra kampo de la sorba tavolo kaj la gajna tavolo, la ŝarga tavolo estas enkondukita en la dezajnon de la aparato, kio multe plibonigas la rapidon kaj respondemon de la aparato.
(5) Resonator-plifortigita (RCE) SAGCM-strukturo
En la supre menciita optimuma dezajno de tradiciaj detektiloj, ni devas alfronti la fakton, ke la dikeco de la absorba tavolo estas kontraŭdira faktoro por la rapido de la aparato kaj la kvantuma efikeco. La maldika dikeco de la absorba tavolo povas redukti la transittempon de la portanto, do oni povas atingi grandan bendlarĝon. Tamen, samtempe, por atingi pli altan kvantuman efikecon, la absorba tavolo devas havi sufiĉan dikecon. La solvo al ĉi tiu problemo povas esti la resonanca kavaĵa (RCE) strukturo, tio estas, la distribuita Bragg-reflektoro (DBR) estas desegnita ĉe la fundo kaj supro de la aparato. La DBR-spegulo konsistas el du specoj de materialoj kun malalta kaj alta refrakta indico en strukturo, kaj la du kreskas alterne, kaj la dikeco de ĉiu tavolo renkontas la ondolongon de la incida lumo 1/4 en la duonkonduktaĵo. La resonatora strukturo de la detektilo povas plenumi la rapidpostulojn, la dikeco de la absorba tavolo povas esti farita tre maldika, kaj la kvantuma efikeco de la elektrono pliiĝas post pluraj reflektoj.
(6) Rand-kuplita ondgvidila strukturo (WG-APD)
Alia solvo por solvi la kontraŭdiron de malsamaj efikoj de la dikeco de la absorba tavolo sur la rapido de la aparato kaj kvantuma efikeco estas enkonduki rand-kuplitan ondgvidilan strukturon. Ĉi tiu strukturo eniras lumon de la flanko, ĉar la absorba tavolo estas tre longa, estas facile atingi altan kvantuman efikecon, kaj samtempe, la absorba tavolo povas esti farita tre maldika, reduktante la transittempon de la portanto. Tial, ĉi tiu strukturo solvas la malsaman dependecon de bendolarĝo kaj efikeco de la dikeco de la absorba tavolo, kaj oni atendas atingi altan rapidon kaj altan kvantuman efikecon APD. La procezo de WG-APD estas pli simpla ol tiu de RCE APD, kio forigas la komplikan preparprocezon de DBR-spegulo. Tial, ĝi estas pli farebla en la praktika kampo kaj taŭga por komuna ebena optika konekto.
3. Konkludo
La evoluo de lavangofotodetektilomaterialoj kaj aparatoj estas reviziitaj. La elektron- kaj truo-koliziaj jonigaj rapidoj de InP-materialoj estas proksimaj al tiuj de InAlAs, kio kondukas al duobla procezo de la du portantaj simbionoj, kio plilongigas la lavangoformiĝotempon kaj pliigas la bruon. Kompare kun puraj InAlAs-materialoj, InGaAs(P)/InAlAs kaj In(Al)GaAs/InAlAs kvantumputstrukturoj havas pliigitan rilatumon de koliziaj jonigaj koeficientoj, do la bruorendimento povas esti multe ŝanĝita. Rilate al strukturo, resonator-plifortigita (RCE) SAGCM-strukturo kaj rand-kuplita ondgvidila strukturo (WG-APD) estas evoluigitaj por solvi la kontraŭdirojn de malsamaj efikoj de absorba tavoldikeco sur aparatrapideco kaj kvantuma efikeco. Pro la komplekseco de la procezo, la plena praktika apliko de ĉi tiuj du strukturoj bezonas esti plue esplorita.
Afiŝtempo: 14-Nov-2023