Prinsip dan situasi terkini dari fotodetektor longsoran (APD fotodetektor) Bagian Kedua

Prinsip dan situasi saat inifotodetektor longsoran salju (Fotodetektor APD) Bagian Kedua

2.2 struktur chip APD
Struktur chip yang masuk akal adalah jaminan dasar perangkat berkinerja tinggi. Desain struktural APD terutama mempertimbangkan konstanta waktu RC, penangkapan lubang pada heterojungsi, waktu transit pembawa melalui daerah penipisan, dan seterusnya. Perkembangan strukturnya dirangkum di bawah ini:

(1) Struktur dasar
Struktur APD yang paling sederhana didasarkan pada fotodioda PIN, wilayah P dan wilayah N didoping secara berat, dan wilayah penolak ganda tipe-N atau tipe-P diperkenalkan di wilayah P atau wilayah N yang berdekatan untuk menghasilkan elektron dan lubang sekunder. berpasangan, untuk mewujudkan amplifikasi arus foto primer. Untuk material seri InP, karena koefisien ionisasi tumbukan lubang lebih besar daripada koefisien ionisasi tumbukan elektron, maka daerah penguatan doping tipe-N biasanya ditempatkan di daerah P. Dalam situasi ideal, hanya lubang yang disuntikkan ke daerah penguatan, sehingga struktur ini disebut struktur injeksi lubang.

(2) Penyerapan dan perolehan dibedakan
Karena karakteristik celah pita InP yang lebar (InP 1,35eV dan InGaAs 0,75eV), InP biasanya digunakan sebagai material zona penguatan dan InGaAs sebagai material zona serapan.

(3) Struktur penyerapan, gradien dan penguatan (SAGM) diusulkan masing-masing
Saat ini, sebagian besar perangkat APD komersial menggunakan material InP/InGaAs, InGaAs sebagai lapisan serapan, InP di bawah medan listrik tinggi (>5x105V/cm) tanpa kerusakan, dapat digunakan sebagai material zona penguatan. Untuk material ini, desain APD ini adalah proses longsoran yang terbentuk pada InP tipe-N melalui tumbukan lubang. Mengingat besarnya perbedaan celah pita antara InP dan InGaAs, perbedaan tingkat energi sekitar 0,4eV pada pita valensi membuat lubang yang dihasilkan pada lapisan serapan InGaAs terhalang di tepi heterojungsi sebelum mencapai lapisan pengali InP dan kecepatannya sangat besar. berkurang sehingga mengakibatkan waktu respon yang lama dan sempitnya bandwidth APD ini. Masalah ini dapat diatasi dengan menambahkan lapisan transisi InGaAsP di antara kedua material.

(4) Struktur penyerapan, gradien, muatan dan penguatan (SAGCM) diusulkan masing-masing
Untuk lebih menyesuaikan distribusi medan listrik pada lapisan serapan dan lapisan penguatan, lapisan muatan dimasukkan ke dalam desain perangkat, yang sangat meningkatkan kecepatan dan daya tanggap perangkat.

(5) Struktur SAGCM yang ditingkatkan resonator (RCE).
Dalam desain detektor tradisional yang optimal di atas, kita harus menghadapi fakta bahwa ketebalan lapisan serapan merupakan faktor yang kontradiktif untuk kecepatan perangkat dan efisiensi kuantum. Ketebalan lapisan penyerap yang tipis dapat mengurangi waktu transit pembawa, sehingga dapat diperoleh bandwidth yang besar. Namun, pada saat yang sama, untuk memperoleh efisiensi kuantum yang lebih tinggi, lapisan serapan harus memiliki ketebalan yang cukup. Solusi untuk masalah ini dapat berupa struktur rongga resonansi (RCE), yaitu Reflektor Bragg (DBR) terdistribusi yang dirancang di bagian bawah dan atas perangkat. Cermin DBR terdiri dari dua jenis bahan dengan indeks bias rendah dan indeks bias tinggi dalam strukturnya, dan keduanya tumbuh 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 kali pemantulan.

(6) Struktur pandu gelombang berpasangan tepi (WG-APD)
Solusi lain untuk mengatasi kontradiksi berbagai efek ketebalan lapisan serapan pada kecepatan perangkat dan efisiensi kuantum adalah dengan memperkenalkan struktur pandu gelombang berpasangan tepi. Struktur ini memasuki cahaya dari samping, karena lapisan serapannya sangat panjang, mudah untuk memperoleh efisiensi kuantum yang tinggi, dan pada saat yang sama, lapisan serapan dapat dibuat sangat tipis, sehingga mengurangi waktu transit pembawa. Oleh karena itu, struktur ini menyelesaikan perbedaan ketergantungan bandwidth dan efisiensi pada ketebalan lapisan serapan, dan diharapkan dapat mencapai APD tingkat tinggi dan efisiensi kuantum tinggi. Proses WG-APD lebih sederhana dibandingkan dengan RCE APD, sehingga menghilangkan proses persiapan cermin DBR yang rumit. Oleh karena itu, lebih layak dalam bidang praktis dan cocok untuk sambungan optik bidang umum.

3. Kesimpulan
Perkembangan longsoran saljufotodetektorbahan dan perangkat ditinjau. Laju ionisasi tumbukan elektron dan lubang pada material InP mendekati laju ionisasi InAlA, yang menyebabkan proses ganda dari dua simbion pembawa, yang membuat waktu terjadinya 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 berpasangan tepi (WG-APD) dikembangkan untuk menyelesaikan kontradiksi berbagai efek ketebalan lapisan serapan pada kecepatan perangkat dan efisiensi kuantum. Karena kompleksitas prosesnya, penerapan praktis kedua struktur ini secara penuh perlu dieksplorasi lebih lanjut.