Prinsip dan situasi saat inifotodetektor longsor (Fotodetektor APD) Bagian Kedua
2.2 Struktur chip APD
Struktur chip yang memadai merupakan jaminan dasar perangkat berkinerja tinggi. Desain struktural APD terutama mempertimbangkan konstanta waktu RC, penangkapan lubang pada heterojunction, waktu transit pembawa melalui daerah deplesi, dan sebagainya. Perkembangan strukturnya dirangkum di bawah ini:
(1) Struktur dasar
Struktur APD yang paling sederhana didasarkan pada fotodioda PIN. Daerah P dan daerah N didoping berat, dan daerah tolak ganda tipe-N atau tipe-P dimasukkan ke daerah P atau daerah N yang berdekatan untuk menghasilkan elektron sekunder dan pasangan hole, sehingga arus foto primer dapat diperkuat. Untuk material seri InP, karena koefisien ionisasi impak hole lebih besar daripada koefisien ionisasi impak elektron, daerah penguatan doping tipe-N biasanya ditempatkan di daerah P. Dalam situasi ideal, hanya hole yang diinjeksikan ke dalam daerah penguatan, sehingga struktur ini disebut struktur terinjeksi-hole.
(2) Penyerapan dan perolehan dibedakan
Karena karakteristik celah pita lebar dari InP (InP adalah 1,35eV dan InGaAs adalah 0,75eV), InP biasanya digunakan sebagai bahan zona penguatan dan InGaAs sebagai bahan zona penyerapan.
(3) Struktur penyerapan, gradien dan perolehan (SAGM) masing-masing diusulkan
Saat ini, sebagian besar perangkat APD komersial menggunakan material InP/InGaAs. InGaAs sebagai lapisan serapan. InP dapat digunakan sebagai material zona penguatan di bawah medan listrik tinggi (>5x105V/cm) tanpa kerusakan. Desain APD ini didasarkan pada proses avalanche yang terbentuk pada InP tipe-N melalui tumbukan lubang. Mengingat perbedaan celah pita yang besar antara InP dan InGaAs, perbedaan tingkat energi sekitar 0,4 eV pada pita valensi menyebabkan lubang yang dihasilkan pada lapisan serapan InGaAs terhalang di tepi heterojunction sebelum mencapai lapisan pengganda InP. Kecepatannya pun sangat berkurang, sehingga menghasilkan waktu respons yang lama dan lebar pita yang sempit. Masalah ini dapat diatasi dengan menambahkan lapisan transisi InGaAsP di antara kedua material tersebut.
(4) Struktur penyerapan, gradien, muatan dan perolehan (SAGCM) masing-masing diusulkan
Untuk lebih lanjut menyesuaikan distribusi medan listrik pada lapisan penyerapan dan lapisan penguatan, lapisan muatan diperkenalkan ke dalam desain perangkat, yang sangat meningkatkan kecepatan dan respons perangkat.
(5) Struktur SAGCM yang ditingkatkan oleh resonator (RCE)
Dalam desain optimal detektor tradisional di atas, kita harus menghadapi kenyataan bahwa ketebalan lapisan serapan merupakan faktor yang kontradiktif terhadap kecepatan dan efisiensi kuantum perangkat. Ketebalan lapisan serapan yang tipis dapat mengurangi waktu transit pembawa, sehingga bandwidth yang besar dapat diperoleh. Namun, pada saat yang sama, untuk mendapatkan efisiensi kuantum yang lebih tinggi, lapisan serapan perlu memiliki ketebalan yang memadai. Solusi untuk masalah ini adalah struktur rongga resonansi (RCE), yaitu Reflektor Bragg Terdistribusi (DBR) yang dirancang di bagian bawah dan atas perangkat. Cermin DBR terdiri dari dua jenis material dengan indeks bias rendah dan indeks bias tinggi dalam strukturnya, dan keduanya tumbuh secara bergantian, dan ketebalan setiap lapisan memenuhi panjang gelombang cahaya datang 1/4 dalam semikonduktor. Struktur resonator detektor dapat memenuhi persyaratan kecepatan, ketebalan lapisan serapan dapat dibuat sangat tipis, dan efisiensi kuantum elektron meningkat setelah beberapa refleksi.
(6) Struktur pandu gelombang berpasangan tepi (WG-APD)
Solusi lain untuk mengatasi kontradiksi efek yang berbeda dari ketebalan lapisan serapan terhadap kecepatan perangkat dan efisiensi kuantum adalah dengan memperkenalkan struktur pandu gelombang yang terhubung tepi. Struktur ini memasukkan cahaya dari samping, karena lapisan serapannya sangat panjang, mudah untuk mendapatkan efisiensi kuantum yang tinggi, dan pada saat yang sama, lapisan serapan dapat dibuat sangat tipis, mengurangi waktu transit pembawa. Oleh karena itu, struktur ini mengatasi ketergantungan yang berbeda dari bandwidth dan efisiensi pada ketebalan lapisan serapan, dan diharapkan dapat mencapai laju tinggi dan efisiensi kuantum APD yang tinggi. Proses WG-APD lebih sederhana daripada RCE APD, yang menghilangkan proses persiapan cermin DBR yang rumit. Oleh karena itu, lebih layak dalam bidang praktis dan cocok untuk koneksi optik bidang umum.
3. Kesimpulan
Perkembangan longsoranfotodetektorBahan dan perangkat ditinjau. Laju ionisasi tumbukan elektron dan lubang dari bahan InP mendekati laju ionisasi tumbukan InAlAs, yang mengarah pada proses ganda dari dua simbion pembawa, yang membuat waktu pembentukan longsoran lebih lama dan kebisingan meningkat. Dibandingkan dengan bahan InAlAs murni, struktur sumur kuantum InGaAs (P) / InAlAs dan In (Al) GaAs / InAlAs memiliki rasio koefisien ionisasi tumbukan yang meningkat, sehingga kinerja kebisingan dapat sangat berubah. Dalam hal struktur, struktur SAGCM yang ditingkatkan resonator (RCE) dan struktur pandu gelombang yang digabungkan tepi (WG-APD) dikembangkan untuk menyelesaikan kontradiksi dari efek yang berbeda dari ketebalan lapisan serapan pada kecepatan perangkat dan efisiensi kuantum. Karena kompleksitas prosesnya, aplikasi praktis penuh dari kedua struktur ini perlu dieksplorasi lebih lanjut.
Waktu posting: 14-Nov-2023