Prinsip dan situasi saat inifotodetektor longsor (Fotodetektor APD) Bagian Kedua
2.2 Struktur chip APD
Struktur chip yang wajar merupakan jaminan dasar perangkat berkinerja tinggi. Desain struktural APD terutama mempertimbangkan konstanta waktu RC, penangkapan lubang pada heterojunction, waktu transit pembawa melalui daerah penipisan dan sebagainya. Pengembangan strukturnya dirangkum di bawah ini:
(1) Struktur dasar
Struktur APD yang paling sederhana didasarkan pada fotodioda PIN, daerah P dan daerah N didoping secara berat, dan daerah tolak ganda tipe-N atau tipe-P diperkenalkan di daerah P atau daerah N yang berdekatan untuk menghasilkan elektron sekunder dan pasangan lubang, sehingga mewujudkan amplifikasi arus foto primer. Untuk bahan seri InP, karena koefisien ionisasi impak lubang lebih besar daripada koefisien ionisasi impak elektron, 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 yang disuntik lubang.
(2) Penyerapan dan perolehan dibedakan
Karena karakteristik celah pita InP yang lebar (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 di bawah medan listrik tinggi (>5x105V/cm) tanpa kerusakan, dapat digunakan sebagai material zona penguatan. Untuk material ini, desain APD ini adalah bahwa proses longsoran terbentuk di InP tipe-N oleh tumbukan lubang. Mempertimbangkan perbedaan besar dalam celah pita antara InP dan InGaAs, perbedaan tingkat energi sekitar 0,4eV dalam pita valensi membuat lubang yang dihasilkan di lapisan serapan InGaAs terhalang di tepi heterojunction sebelum mencapai lapisan pengganda InP dan kecepatannya sangat berkurang, menghasilkan waktu respons yang lama dan lebar pita yang sempit dari APD ini. Masalah ini dapat dipecahkan 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 dimasukkan ke dalam desain perangkat, yang sangat meningkatkan kecepatan dan daya tanggap perangkat.
(5) Struktur SAGCM yang ditingkatkan oleh 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 bandwidth yang besar dapat diperoleh. Namun, pada saat yang sama, untuk mendapatkan 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 terdistribusi (DBR) dirancang di bagian bawah dan atas perangkat. Cermin DBR terdiri dari dua jenis bahan dengan indeks bias rendah dan indeks bias tinggi dalam struktur, dan keduanya tumbuh secara bergantian, dan ketebalan setiap lapisan memenuhi panjang gelombang cahaya insiden 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 pemandu gelombang berpasangan tepi (WG-APD)
Solusi lain untuk mengatasi kontradiksi efek ketebalan lapisan serapan yang berbeda pada kecepatan perangkat dan efisiensi kuantum adalah dengan memperkenalkan struktur pemandu gelombang yang digabungkan dengan tepi. Struktur ini memasukkan 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, mengurangi waktu transit pembawa. Oleh karena itu, struktur ini mengatasi ketergantungan lebar pita dan efisiensi yang berbeda 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 di 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 berubah drastis. Dalam hal struktur, struktur SAGCM yang ditingkatkan resonator (RCE) dan struktur pandu gelombang yang digabungkan tepi (WG-APD) dikembangkan untuk memecahkan 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