Prinsip və mövcud vəziyyətuçqun fotodetektoru (APD fotodetektoru) İkinci hissə
2.2 APD çip quruluşu
Ağlabatan çip quruluşu yüksək performanslı cihazların əsas qarantıdır. APD-nin struktur dizaynı əsasən RC zaman sabitini, heterokeçiddə dəlik tutulmasını, daşıyıcının tükənmə bölgəsindən keçmə müddətini və s. nəzərə alır. Onun strukturunun inkişafı aşağıda ümumiləşdirilir:
(1) Əsas struktur
Ən sadə APD strukturu PIN fotodioduna əsaslanır, P bölgəsi və N bölgəsi güclü şəkildə aşqarlanır və birincil fotocərəyanın gücləndirilməsini həyata keçirmək üçün ikincil elektronlar və dəlik cütləri yaratmaq üçün qonşu P bölgəsinə və ya N bölgəsinə N tipli və ya P tipli ikiqat itələyici bölgə daxil edilir. InP seriyalı materiallar üçün, dəlik zərbəsi ionlaşma əmsalı elektron zərbəsi ionlaşma əmsalından böyük olduğundan, N tipli aşqarlamanın qazanc bölgəsi adətən P bölgəsinə yerləşdirilir. İdeal vəziyyətdə, qazanc bölgəsinə yalnız dəliklər vurulur, buna görə də bu struktur dəlik vurulan struktur adlanır.
(2) Absorbsiya və qazanc fərqləndirilir
InP-nin geniş zolaq boşluğu xüsusiyyətlərinə görə (InP 1.35eV və InGaAs 0.75eV-dir), InP adətən gücləndirmə zonası materialı, InGaAs isə udma zonası materialı kimi istifadə olunur.
(3) Udma, qradiyent və qazanc (SAGM) strukturları müvafiq olaraq təklif olunur
Hazırda əksər kommersiya APD cihazları InP/InGaAs materialından, udma təbəqəsi kimi InGaAs-dan, yüksək elektrik sahəsi altında (>5x105V/sm3) parçalanmadan InP-dən istifadə edir və gücləndirmə zonası materialı kimi istifadə edilə bilər. Bu material üçün bu APD-nin dizaynı, N-tipli InP-də uçqun prosesinin dəliklərin toqquşması ilə əmələ gəlməsidir. InP və InGaAs arasındakı zolaq boşluğundakı böyük fərqi nəzərə alsaq, valentlik zolağında təxminən 0,4 eV enerji səviyyəsi fərqi, InGaAs udma təbəqəsində əmələ gələn dəliklərin InP vurma təbəqəsinə çatmadan heterokeçid kənarında tıxanmasına səbəb olur və sürət xeyli azalır ki, bu da uzun cavab müddəti və dar bant genişliyi ilə nəticələnir. Bu problem iki material arasında InGaAsP keçid təbəqəsi əlavə etməklə həll edilə bilər.
(4) Udma, qradiyent, yük və qazanc (SAGCM) strukturları müvafiq olaraq təklif olunur
Absorbsiya təbəqəsinin və qazanc təbəqəsinin elektrik sahəsinin paylanmasını daha da tənzimləmək üçün cihazın dizaynına yük təbəqəsi daxil edilir ki, bu da cihazın sürətini və cavabdehliyini xeyli artırır.
(5) Rezonatorla gücləndirilmiş (RCE) SAGCM strukturu
Ənənəvi detektorların yuxarıdakı optimal dizaynında, udma təbəqəsinin qalınlığının cihazın sürəti və kvant səmərəliliyi üçün ziddiyyətli bir amil olması faktı ilə üzləşməliyik. Udma təbəqəsinin nazik qalınlığı daşıyıcının keçid müddətini azalda bilər, buna görə də böyük bir bant genişliyi əldə edilə bilər. Bununla belə, eyni zamanda, daha yüksək kvant səmərəliliyi əldə etmək üçün udma təbəqəsinin kifayət qədər qalınlığa malik olması lazımdır. Bu problemin həlli rezonans boşluğu (RCE) strukturu ola bilər, yəni paylanmış Bragg Reflektoru (DBR) cihazın alt və yuxarı hissəsində dizayn edilmişdir. DBR güzgüsü strukturunda aşağı qırılma indeksi və yüksək qırılma indeksi olan iki növ materialdan ibarətdir və ikisi növbə ilə böyüyür və hər təbəqənin qalınlığı yarımkeçiricidə düşən işığın dalğa uzunluğuna 1/4 uyğun gəlir. Detektorun rezonator strukturu sürət tələblərinə cavab verə bilər, udma təbəqəsinin qalınlığı çox nazik edilə bilər və bir neçə əks olunmadan sonra elektronun kvant səmərəliliyi artır.
(6) Kənarla birləşdirilmiş dalğaötürücü strukturu (WG-APD)
Udma təbəqəsinin qalınlığının cihaz sürətinə və kvant səmərəliliyinə müxtəlif təsirlərinin ziddiyyətini həll etmək üçün başqa bir həll yolu kənarla birləşdirilmiş dalğaötürücü strukturunun tətbiqidir. Bu struktur işığa yan tərəfdən daxil olur, çünki udma təbəqəsi çox uzundur, yüksək kvant səmərəliliyi əldə etmək asandır və eyni zamanda, udma təbəqəsi çox nazik hala gətirilə bilər ki, bu da daşıyıcının keçid müddətini azaldır. Buna görə də, bu struktur bant genişliyi və səmərəliliyin udma təbəqəsinin qalınlığından fərqli asılılığını həll edir və yüksək sürət və yüksək kvant səmərəliliyi APD əldə etməsi gözlənilir. WG-APD prosesi RCE APD-dən daha sadədir ki, bu da DBR güzgüsünün mürəkkəb hazırlama prosesini aradan qaldırır. Buna görə də, praktik sahədə daha əlverişlidir və ümumi müstəvi optik bağlantı üçün uyğundur.
3. Nəticə
Uçqunun inkişafıfotodetektormateriallar və cihazlar nəzərdən keçirilir. InP materiallarının elektron və dəlik toqquşması ionlaşma sürətləri InAlAs-ın göstəricilərinə yaxındır ki, bu da iki daşıyıcı simbionun ikiqat prosesinə gətirib çıxarır ki, bu da uçqun əmələ gəlmə müddətini uzadır və səs-küyü artırır. Təmiz InAlAs materialları ilə müqayisədə InGaAs (P) /InAlAs və In (Al) GaAs/InAlAs kvant quyusu strukturlarında toqquşma ionlaşma əmsallarının nisbəti artmışdır, buna görə də səs-küy performansı çox dəyişdirilə bilər. Struktur baxımından, udma təbəqəsinin qalınlığının cihaz sürətinə və kvant səmərəliliyinə müxtəlif təsirlərinin ziddiyyətlərini həll etmək üçün rezonatorla gücləndirilmiş (RCE) SAGCM strukturu və kənarla birləşdirilmiş dalğaötürücü strukturu (WG-APD) hazırlanmışdır. Prosesin mürəkkəbliyinə görə, bu iki strukturun tam praktik tətbiqi daha da araşdırılmalıdır.
Yazı vaxtı: 14 Noyabr 2023