Την αρχή και την παρούσα κατάσταση τουφωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας (Φωτοανιχνευτής APD) Μέρος δεύτερο
2.2 Δομή τσιπ APD
Η λογική δομή τσιπ είναι η βασική εγγύηση των συσκευών υψηλής απόδοσης. Ο δομικός σχεδιασμός του APD θεωρεί κυρίως σταθερά RC, σύλληψη οπών στην ετεροβιδία, χρόνο διαμετακόμισης φορέα μέσω της περιοχής εξάντλησης και ούτω καθεξής. Η ανάπτυξη της δομής της συνοψίζεται παρακάτω:
(1) Βασική δομή
Η απλούστερη δομή APD βασίζεται στην φωτοδίοδο PIN, στην περιοχή Ρ και στην περιοχή Ν είναι έντονα doped και η διπλή ανάκτηση τύπου Ν ή P-Type εισάγεται στην παρακείμενη περιοχή P ή N για την παραγωγή δευτερογενών ηλεκτρονίων και ζευγών οπών, έτσι ώστε να συνειδητοποιηθεί η ενίσχυση του πρωτογενούς φωτοβολίδων. Για τα υλικά σειρές INP, επειδή ο συντελεστής ιονισμού κρούσης οπής είναι μεγαλύτερος από τον συντελεστή ιονισμού INCAM, η περιοχή κέρδους του ντόπινγκ τύπου Ν είναι συνήθως τοποθετημένο στην περιοχή Ρ. Σε μια ιδανική κατάσταση, μόνο οι τρύπες εγχύονται στην περιοχή κέρδους, οπότε αυτή η δομή ονομάζεται δομή με έγχυση με οπές.
(2) Διακρίνονται η απορρόφηση και το κέρδος
Λόγω των χαρακτηριστικών του ευρείας ζώνης της ζώνης του INP (INP είναι 1.35EV και IngaAs είναι 0.75EV), το INP χρησιμοποιείται συνήθως ως υλικό ζώνης κέρδους και IngaAS ως υλικό ζώνης απορρόφησης.
(3) Προτείνονται οι δομές απορρόφησης, κλίσης και κέρδους (SAGM)
Επί του παρόντος, οι περισσότερες εμπορικές συσκευές APD χρησιμοποιούν υλικό INP/IngaAS, IngaAs ως στρώμα απορρόφησης, INP κάτω από υψηλό ηλεκτρικό πεδίο (> 5x105V/cm) χωρίς κατανομή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικό ζώνης κέρδους. Για αυτό το υλικό, ο σχεδιασμός αυτού του APD είναι ότι η διαδικασία της χιονοστιβάδας σχηματίζεται στο εσωτερικό τύπου Ν με τη σύγκρουση των οπών. Λαμβάνοντας υπόψη τη μεγάλη διαφορά στο χάσμα της ζώνης μεταξύ INP και IngaAs, η διαφορά ενεργειακής στάθμης περίπου 0,4EV στη ζώνη σθένους καθιστά τις τρύπες που παράγονται στο στρώμα απορρόφησης IngaAs που παρεμποδίζεται στην άκρη της ετεροβόλησης πριν φτάσουν στο στρώμα πολλαπλασιαστή INP και η ταχύτητα μειώνεται σημαντικά, με αποτέλεσμα το χρόνο απόκρισης και το στενό εύρος του APD. Αυτό το πρόβλημα μπορεί να επιλυθεί προσθέτοντας ένα στρώμα μετάβασης IngaAsp μεταξύ των δύο υλικών.
(4) Προτείνονται οι δομές απορρόφησης, κλίσης, φορτίου και κέρδους (SAGCM)
Προκειμένου να ρυθμιστεί περαιτέρω η κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου του στρώματος απορρόφησης και το στρώμα κέρδους, το στρώμα φορτίου εισάγεται στο σχεδιασμό της συσκευής, το οποίο βελτιώνει σημαντικά την ταχύτητα και την ανταπόκριση της συσκευής.
(5) Η δομή SAGCM ενισχυμένη (RCE)
Στον παραπάνω βέλτιστο σχεδιασμό παραδοσιακών ανιχνευτών, πρέπει να αντιμετωπίσουμε το γεγονός ότι το πάχος του στρώματος απορρόφησης είναι ένας αντιφατικός παράγοντας για την ταχύτητα της συσκευής και την κβαντική απόδοση. Το λεπτό πάχος του απορροφητικού στρώματος μπορεί να μειώσει τον χρόνο διέλευσης φορέα, έτσι ώστε να μπορεί να ληφθεί ένα μεγάλο εύρος ζώνης. Ωστόσο, ταυτόχρονα, προκειμένου να επιτευχθεί υψηλότερη κβαντική απόδοση, το στρώμα απορρόφησης πρέπει να έχει επαρκές πάχος. Η λύση αυτού του προβλήματος μπορεί να είναι η δομή της κοιλότητας (RCE), δηλαδή ο κατανεμημένος ανακλαστήρας Bragg (DBR) έχει σχεδιαστεί στο κάτω μέρος και στην κορυφή της συσκευής. Ο καθρέφτης DBR αποτελείται από δύο είδη υλικών με χαμηλό δείκτη διάθλασης και υψηλό δείκτη διάθλασης στη δομή και τα δύο αναπτύσσονται εναλλάξ και το πάχος κάθε στρώματος συναντά το μήκος κύματος προσπίπτοντος 1/4 στο ημιαγωγό. Η δομή του ανιχνευτή του ανιχνευτή μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις ταχύτητας, το πάχος του στρώματος απορρόφησης μπορεί να γίνει πολύ λεπτό και η κβαντική απόδοση του ηλεκτρονίου αυξάνεται μετά από αρκετές αντανακλάσεις.
(6) Δομή κυματοδηγού συζευγμένο με άκρη (WG-APD)
Μια άλλη λύση για την επίλυση της αντίφασης των διαφορετικών επιδράσεων του πάχους της στρώματος απορρόφησης στην ταχύτητα της συσκευής και την κβαντική απόδοση είναι η εισαγωγή δομής κυματοδηγού που συζευγνύεται με άκρη. Αυτή η δομή εισέρχεται στο φως από την πλευρά, επειδή το στρώμα απορρόφησης είναι πολύ μακρύ, είναι εύκολο να επιτευχθεί υψηλή κβαντική απόδοση και ταυτόχρονα το στρώμα απορρόφησης μπορεί να γίνει πολύ λεπτό, μειώνοντας τον χρόνο διαμετακόμισης του φορέα. Ως εκ τούτου, αυτή η δομή επιλύει τη διαφορετική εξάρτηση του εύρους ζώνης και της αποτελεσματικότητας στο πάχος του στρώματος απορρόφησης και αναμένεται να επιτύχει υψηλό ρυθμό και υψηλή κβαντική απόδοση APD. Η διαδικασία του WG-APD είναι απλούστερη από αυτή του RCE APD, το οποίο εξαλείφει την περίπλοκη διαδικασία προετοιμασίας του καθρέφτη DBR. Ως εκ τούτου, είναι πιο εφικτό στον πρακτικό πεδίο και κατάλληλο για κοινή οπτική σύνδεση.
3. Συμπέρασμα
Η ανάπτυξη της χιονοστιβάδαςφωτοανιχνευτήςΤα υλικά και οι συσκευές εξετάζονται. Τα ποσοστά ιονισμού ηλεκτρονίων και οπών συγκράτησης των υλικών INP είναι κοντά σε αυτά των Inalas, γεγονός που οδηγεί στη διπλή διαδικασία των δύο συμβολαίων φορέα, γεγονός που κάνει το χρόνο κατασκευής των χιονοστιβάδων περισσότερο και ο θόρυβος αυξάνεται. Σε σύγκριση με τα καθαρά υλικά Inalas, οι IngaAs (P) /Inalas και σε (AL) GaAs /Inalas κβαντικές δομές έχουν αυξημένη αναλογία συντελεστών ιονισμού σύγκρουσης, οπότε η απόδοση του θορύβου μπορεί να αλλάξει σημαντικά. Από την άποψη της δομής, αναπτύσσονται ενισχυμένη δομή SAGCM (RCE) (WG-APD) προκειμένου να λυθούν οι αντιφάσεις των διαφορετικών επιδράσεων του πάχους της απορρόφησης στην ταχύτητα της συσκευής και την κβαντική απόδοση. Λόγω της πολυπλοκότητας της διαδικασίας, η πλήρης πρακτική εφαρμογή αυτών των δύο δομών πρέπει να διερευνηθεί περαιτέρω.
Χρόνος δημοσίευσης: Νοέμβριος-14-2023