O princípio e a situação atual defotodetector de avalanche (Fotodetector ADP) Parte dois
2.2 estrutura de chip APD
Estrutura de chip razoável é a garantia básica de dispositivos de alto desempenho. O projeto estrutural da APD considera principalmente constante de tempo RC, captura de orifícios na heterojunção, tempo de trânsito da transportadora através da região de depleção e assim por diante. O desenvolvimento de sua estrutura está resumido abaixo:
(1) Estrutura básica
A estrutura de APD mais simples é baseada no fotodiodo PIN, a região P e a região N são fortemente dopadas, e a região de repetição duplamente do tipo N ou P-do tipo N é introduzida na região P adjacente ou na região N para gerar pares de elétrons e orifícios secundários, para perceber a amplificação da fotocorrente primária. Para os materiais da série INP, como o coeficiente de ionização de impacto do furo é maior que o coeficiente de ionização por impacto eletrônico, a região de ganho do doping do tipo n é geralmente colocada na região P. Em uma situação ideal, apenas os orifícios são injetados na região de ganho; portanto, essa estrutura é chamada de estrutura injetada por orifício.
(2) Absorção e ganho são distinguidos
Devido às grandes características de gap de banda do INP (INP é 1,35ev e Ingaas é 0,75EV), o INP é geralmente usado como material da zona de ganho e InGaas como material da zona de absorção.
(3) As estruturas de absorção, gradiente e ganho (SAGM) são propostas, respectivamente
Atualmente, a maioria dos dispositivos APD comercial usa material INP/Ingaas, InGaas como camada de absorção, INP sob alto campo elétrico (> 5x105V/cm) sem quebra, pode ser usado como material da zona de ganho. Para este material, o design deste APD é que o processo de avalanche é formado no N-Type INP pela colisão dos orifícios. Considerando a grande diferença na lacuna da banda entre INP e InGaas, a diferença de nível de energia de cerca de 0,4EV na banda de valência faz com que os orifícios gerados na camada de absorção de InGAAs obstruídos na borda da heterojunção antes de atingir a camada multiplicadora de INP e a velocidade é bastante reduzida, resultando em uma longa resposta, tempo e banda de banda, a banda de banda de banda de banda de banda de banda de banda de banda de banda de banda de banda de bandwidtth of This APD. Esse problema pode ser resolvido adicionando uma camada de transição da Ingaasp entre os dois materiais.
(4) As estruturas de absorção, gradiente, carga e ganho (SAGCM) são propostas, respectivamente
Para ajustar ainda mais a distribuição do campo elétrico da camada de absorção e da camada de ganho, a camada de carga é introduzida no design do dispositivo, o que melhora bastante a velocidade e a capacidade de resposta do dispositivo.
(5) Estrutura SAGCM aprimorada do ressonador (RCE)
No design ideal acima dos detectores tradicionais, devemos enfrentar o fato de que a espessura da camada de absorção é um fator contraditório para a velocidade do dispositivo e a eficiência quântica. A fina espessura da camada absorvente pode reduzir o tempo de trânsito da transportadora, para que uma grande largura de banda possa ser obtida. No entanto, ao mesmo tempo, a fim de obter maior eficiência quântica, a camada de absorção precisa ter uma espessura suficiente. A solução para esse problema pode ser a estrutura de cavidade ressonante (RCE), ou seja, o refletor de Bragg distribuído (DBR) foi projetado na parte inferior e na parte superior do dispositivo. O espelho DBR consiste em dois tipos de materiais com baixo índice de refração e alto índice de refração na estrutura, e os dois crescem alternadamente, e a espessura de cada camada atende ao comprimento de onda da luz incidente 1/4 no semicondutor. A estrutura do ressonador do detector pode atender aos requisitos de velocidade, a espessura da camada de absorção pode ser muito fina e a eficiência quântica do elétron é aumentada após várias reflexões.
(6) Estrutura de guia de ondas acoplada à borda (WG-APD)
Outra solução para resolver a contradição de diferentes efeitos da espessura da camada de absorção na velocidade do dispositivo e na eficiência quântica é introduzir a estrutura do guia de ondas acoplada à borda. Essa estrutura entra na luz do lado, porque a camada de absorção é muito longa, é fácil obter alta eficiência quântica e, ao mesmo tempo, a camada de absorção pode ser muito fina, reduzindo o tempo de trânsito da transportadora. Portanto, essa estrutura resolve a dependência diferente da largura de banda e da eficiência na espessura da camada de absorção e deve alcançar alta eficiência de alta eficiência quântica. O processo de WG-APD é mais simples que o do RCE APD, que elimina o complicado processo de preparação do Mirror DBR. Portanto, é mais viável no campo prático e adequado para conexão óptica plana comum.
3. Conclusão
O desenvolvimento de avalanchefotodetectorMateriais e dispositivos são revisados. As taxas de ionização de colisão de elétrons e orifícios de materiais INP estão próximos das de Inalas, o que leva ao duplo processo dos dois simbions transportadores, o que torna o tempo de construção de avalanche mais tempo e o ruído aumentou. Comparados aos materiais inalas puros, as estruturas de poços quânticos (p) /inalas e em (Al) GaAs /Inalas têm uma proporção aumentada de coeficientes de ionização de colisão, para que o desempenho do ruído possa ser bastante alterado. Em termos de estrutura, a estrutura SAGCM aprimorada do ressonador (RCE) e a estrutura do guia de ondas acopladas à borda (WG-APD) são desenvolvidas para resolver as contradições dos diferentes efeitos da espessura da camada de absorção na velocidade do dispositivo e na eficiência quântica. Devido à complexidade do processo, a aplicação prática completa dessas duas estruturas precisa ser mais explorada.
Hora de postagem: novembro-14-2023