Parimi dhe situata aktuale efotodetektor ortekësh (Fotodetektor APD) Pjesa e Dytë
2.2 Struktura e çipit APD
Struktura e arsyeshme e çipit është garancia themelore e pajisjeve me performancë të lartë. Projektimi strukturor i APD-së merr kryesisht parasysh konstanten kohore RC, kapjen e vrimës në hetero-kryqëzim, kohën e kalimit të bartësit përmes rajonit të zbrazjes e kështu me radhë. Zhvillimi i strukturës së tij është përmbledhur më poshtë:
(1) Struktura bazë
Struktura më e thjeshtë e APD bazohet në fotodiodën PIN, rajoni P dhe rajoni N janë të dopuar rëndë, dhe rajoni i tipit N ose tipit P me dy shtytje të kundërt futet në rajonin ngjitur P ose rajonin N për të gjeneruar elektrone sekondare dhe çifte vrimash, në mënyrë që të realizohet amplifikimi i fotorrymës primare. Për materialet e serisë InP, për shkak se koeficienti i jonizimit të impaktit të vrimës është më i madh se koeficienti i jonizimit të impaktit të elektroneve, rajoni i fitimit të dopimit të tipit N zakonisht vendoset në rajonin P. Në një situatë ideale, vetëm vrimat injektohen në rajonin e fitimit, kështu që kjo strukturë quhet strukturë e injektuar me vrima.
(2) Dallohen thithja dhe fitimi
Për shkak të karakteristikave të gjera të boshllëkut të brezit të InP (InP është 1.35eV dhe InGaAs është 0.75eV), InP zakonisht përdoret si material i zonës së fitimit dhe InGaAs si material i zonës së thithjes.
(3) Strukturat e absorbimit, gradientit dhe fitimit (SAGM) propozohen përkatësisht
Aktualisht, shumica e pajisjeve komerciale APD përdorin material InP/InGaAs, InGaAs si shtresë thithëse, InP nën fushë të lartë elektrike (>5x105V/cm) pa prishje, mund të përdoret si material i zonës së fitimit. Për këtë material, dizajni i këtij APD është që procesi i ortekut formohet në InP të tipit N nga përplasja e vrimave. Duke pasur parasysh ndryshimin e madh në boshllëkun e brezit midis InP dhe InGaAs, ndryshimi i nivelit të energjisë prej rreth 0.4eV në brezin e valencës bën që vrimat e gjeneruara në shtresën thithëse të InGaAs të bllokohen në skajin e hetero-nyjes përpara se të arrijnë shtresën shumëzuese të InP dhe shpejtësia zvogëlohet shumë, duke rezultuar në një kohë të gjatë reagimi dhe një gjerësi të ngushtë të brezit të këtij APD. Ky problem mund të zgjidhet duke shtuar një shtresë kalimtare InGaAsP midis dy materialeve.
(4) Strukturat e absorbimit, gradientit, ngarkesës dhe fitimit (SAGCM) propozohen përkatësisht.
Për të rregulluar më tej shpërndarjen e fushës elektrike të shtresës së thithjes dhe shtresës së fitimit, shtresa e ngarkesës futet në dizajnin e pajisjes, gjë që përmirëson shumë shpejtësinë dhe reagimin e pajisjes.
(5) Struktura SAGCM e përforcuar me rezonator (RCE)
Në projektimin optimal të detektorëve tradicionalë të përmendur më sipër, duhet të përballemi me faktin se trashësia e shtresës thithëse është një faktor kontradiktor për shpejtësinë e pajisjes dhe efikasitetin kuantik. Trashësia e hollë e shtresës thithëse mund të zvogëlojë kohën e tranzitit të bartësit, kështu që mund të merret një gjerësi e madhe e brezit. Megjithatë, në të njëjtën kohë, për të arritur efikasitet kuantik më të lartë, shtresa thithëse duhet të ketë një trashësi të mjaftueshme. Zgjidhja për këtë problem mund të jetë struktura e zgavrës rezonante (RCE), domethënë, Reflektori i shpërndarë Bragg (DBR) është projektuar në pjesën e poshtme dhe të sipërme të pajisjes. Pasqyra DBR përbëhet nga dy lloje materialesh me indeks të ulët refraktiv dhe indeks të lartë refraktiv në strukturë, dhe të dyja rriten në mënyrë alternative, dhe trashësia e secilës shtresë përputhet me gjatësinë e valës së dritës incidente 1/4 në gjysmëpërçues. Struktura rezonatore e detektorit mund të përmbushë kërkesat e shpejtësisë, trashësia e shtresës thithëse mund të bëhet shumë e hollë, dhe efikasiteti kuantik i elektronit rritet pas disa reflektimeve.
(6) Struktura e valëpërçuesit të lidhur me skajet (WG-APD)
Një zgjidhje tjetër për të zgjidhur kontradiktën e efekteve të ndryshme të trashësisë së shtresës absorbuese në shpejtësinë e pajisjes dhe efikasitetin kuantik është futja e strukturës së valëpërçuesit të lidhur me skajet. Kjo strukturë hyn në dritë nga ana, për shkak se shtresa absorbuese është shumë e gjatë, është e lehtë të arrihet efikasitet i lartë kuantik, dhe në të njëjtën kohë, shtresa absorbuese mund të bëhet shumë e hollë, duke zvogëluar kohën e tranzitit të bartësit. Prandaj, kjo strukturë zgjidh varësinë e ndryshme të gjerësisë së brezit dhe efikasitetit nga trashësia e shtresës absorbuese, dhe pritet të arrijë shpejtësi të lartë dhe efikasitet të lartë kuantik APD. Procesi i WG-APD është më i thjeshtë se ai i RCE APD, gjë që eliminon procesin e ndërlikuar të përgatitjes së pasqyrës DBR. Prandaj, është më i realizueshëm në fushën praktike dhe i përshtatshëm për lidhje optike me plan të përbashkët.
3. Përfundim
Zhvillimi i ortekutfotodetektormaterialeve dhe pajisjeve rishikohet. Shkalla e jonizimit të përplasjes së elektroneve dhe vrimave të materialeve InP është afër atyre të InAlAs, gjë që çon në procesin e dyfishtë të dy simbioneve bartëse, gjë që e bën kohën e ndërtimit të ortekut më të gjatë dhe zhurmën të rritet. Krahasuar me materialet e pastra InAlAs, strukturat e puseve kuantike InGaAs (P) /InAlAs dhe In (Al) GaAs/InAlAs kanë një raport të rritur të koeficientëve të jonizimit të përplasjes, kështu që performanca e zhurmës mund të ndryshohet shumë. Sa i përket strukturës, struktura SAGCM e përforcuar me rezonator (RCE) dhe struktura e valëudhëzuesit të bashkuar me skaje (WG-APD) janë zhvilluar për të zgjidhur kontradiktat e efekteve të ndryshme të trashësisë së shtresës absorbuese në shpejtësinë e pajisjes dhe efikasitetin kuantik. Për shkak të kompleksitetit të procesit, zbatimi i plotë praktik i këtyre dy strukturave duhet të eksplorohet më tej.
Koha e postimit: 14 nëntor 2023