Принципы һәм хәзерге хәлекар ишелүе фотодетекторы (APD фотодетекторыИкенче өлеш
2.2 APD чип структурасы
Акылга сыярлык чип структурасы югары җитештерүчәнлекле җайланмаларның төп гарантиясе булып тора. APD структурасы дизайны, нигездә, RC вакыт даимисен, гетероузышта тишек тотуны, ташучыларның бетү өлкәсе аша үтү вакытын һ.б. исәпкә ала. Аның структурасы үсеше түбәндә кыскача күрсәтелгән:
(1) Төп структура
Иң гади APD структурасы PIN фотодиодына нигезләнгән, P өлкәсе һәм N өлкәсе нык кушылган, һәм беренчел фототок көчәйтүне гамәлгә ашыру өчен, икенчел электроннар һәм тишек парлары булдыру өчен янәшәдәге P өлкәсенә яки N өлкәсенә N-типтагы яки P-типтагы икеләтә этәргечле өлкә кертелә. InP серияле материаллар өчен, тишек бәрелү ионизациясе коэффициенты электрон бәрелү ионизациясе коэффициентыннан зуррак булганлыктан, N-типтагы кушылманың көчәйтү өлкәсе гадәттә P өлкәсенә урнаштырыла. Идеаль очракта, көчәйтү өлкәсенә бары тик тишекләр генә кертелә, шуңа күрә бу структура тишек белән кертелгән структура дип атала.
(2) Абсорбция һәм көчәйтү аерыла
InP киң зона аралыгы үзенчәлекләре аркасында (InP 1,35 эВ һәм InGaAs 0,75 эВ), InP гадәттә көчәйтү зонасы материалы буларак, ә InGaAs абсорбция зонасы материалы буларак кулланыла.
(3) Абсорбция, градиент һәм көчәйтү (SAGM) структуралары тәкъдим ителә.
Хәзерге вакытта күпчелек коммерция APD җайланмалары InP/InGaAs материалын куллана, абсорбция катламы буларак InGaAs, югары электр кыры астында (>5x105V/см2) InP җимерелмичә, көчәйтү зонасы материалы буларак кулланылырга мөмкин. Бу материал өчен, бу APD конструкциясе шуннан гыйбарәт: кар көчәю процессы N-типтагы InPда тишекләр бәрелеше нәтиҗәсендә барлыкка килә. InP һәм InGaAs арасындагы зона аермасының зур булуын исәпкә алганда, валентлык зонасында якынча 0,4 эВ энергия дәрәҗәсе аермасы InGaAs абсорбция катламында барлыкка килгән тишекләрне InP мультипликатор катламына җиткәнче гетероузыш кырыена тоткарлый һәм тизлек сизелерлек кими, нәтиҗәдә бу APDның җавап бирү вакыты озын һәм полоса киңлеге тар була. Бу проблеманы ике материал арасына InGaAsP күчеш катламы өстәп чишәргә мөмкин.
(4) Абсорбция, градиент, заряд һәм көчәйтү (SAGCM) структуралары тәкъдим ителә.
Абсорбция катламының һәм көчәйтү катламының электр кыры таралышын тагын да көйләү өчен, җайланма конструкциясенә заряд катламы кертелә, бу җайланманың тизлеген һәм җавап бирүчәнлеген сизелерлек яхшырта.
(5) Резонатор белән көчәйтелгән (RCE) SAGCM структурасы
Югарыда телгә алынган традицион детекторларның оптималь конструкциясендә, абсорбция катламының калынлыгы җайланма тизлеге һәм квант нәтиҗәлелеге өчен каршылыклы фактор булуын танырга кирәк. Абсорбция катламының нечкә калынлыгы ташучыларның транзит вакытын киметергә мөмкин, шуңа күрә зур полоса киңлеге алырга мөмкин. Ләкин, шул ук вакытта, югарырак квант нәтиҗәлелегенә ирешү өчен, абсорбция катламының җитәрлек калынлыгы булырга тиеш. Бу проблеманың чишелеше резонанс куышлыгы (RCE) структурасы булырга мөмкин, ягъни таратылган Брэгг рефлекторы (DBR) җайланманың аскы һәм өске өлешендә эшләнгән. DBR көзгесе структурасы буенча түбән сыну күрсәткече һәм югары сыну күрсәткече булган ике төрле материалдан тора, һәм икесе чиратлашып үсә, һәм һәр катламның калынлыгы ярымүткәргечтә төшкән яктылык дулкын озынлыгының 1/4 өлешенә туры килә. Детекторның резонатор структурасы тизлек таләпләренә туры килә ала, абсорбция катламының калынлыгын бик нечкә итеп ясарга мөмкин, һәм берничә тапкыр чагылыштан соң электронның квант нәтиҗәлелеге арта.
(6) Кырый белән бәйләнгән дулкынүткәргеч структурасы (WG-APD)
Җайланма тизлегенә һәм квант нәтиҗәлелегенә абсорбция катламы калынлыгының төрле йогынтысы каршылыкларын чишүнең тагын бер чишелеше - кырый белән бәйләнгән дулкын үткәргеч структурасын кертү. Бу структура яктылыкка яннан керә, чөнки абсорбция катламы бик озын, югары квант нәтиҗәлелегенә ирешү җиңел, һәм шул ук вакытта абсорбция катламын бик нечкә итеп ясарга мөмкин, бу йөртүчеләрнең транзит вакытын киметә. Шуңа күрә бу структура абсорбция катламы калынлыгына полоса киңлеге һәм нәтиҗәлелекнең төрле бәйлелеген хәл итә һәм югары тизлеккә һәм югары квант нәтиҗәлелегенә ирешү көтелә. WG-APD процессы RCE APD процессына караганда гадирәк, бу DBR көзгесенең катлаулы әзерләү процессын бетерә. Шуңа күрә ул гамәли өлкәдә күбрәк мөмкин һәм гомуми яссылык оптик тоташу өчен яраклы.
3. Йомгаклау
Кар лавасының үсешефотодетекторматериаллар һәм җайланмалар карала. InP материалларының электрон һәм тишек бәрелеш ионлашу тизлекләре InAlAs материалларына якын, бу ике йөртүче симбионның икеләтә процессына китерә, бу кар ишелү вакытын озайта һәм тавышны арттыра. Саф InAlAs материаллары белән чагыштырганда, InGaAs (P) /InAlAs һәм In (Al) GaAs/InAlAs квант кое структураларында бәрелеш ионлашу коэффициентлары нисбәте югарырак, шуңа күрә тавыш күрсәткечләрен нык үзгәртергә мөмкин. Структура ягыннан, абсорбция катламы калынлыгының җайланма тизлегенә һәм квант нәтиҗәлелегенә төрле йогынтысы каршылыкларын чишү өчен резонатор белән көчәйтелгән (RCE) SAGCM структурасы һәм кырый белән бәйләнгән дулкын үткәргеч структурасы (WG-APD) эшләнә. Процессның катлаулылыгы аркасында, бу ике структураның тулы гамәли кулланылышын тагын да тирәнрәк өйрәнергә кирәк.
Бастырып чыгару вакыты: 2023 елның 14 ноябре