Prinsip və indiki vəziyyətuçqun fotodetektoru (APD fotodetektoru) İkinci hissə
2.2 APD çip quruluşu
Ağlabatan çip quruluşu yüksək performanslı cihazların əsas təminatıdır.APD-nin struktur dizaynı əsasən RC vaxtının sabitliyini, heteroqovşaqda çuxurun tutulmasını, tükənmə bölgəsi vasitəsilə daşıyıcının keçid vaxtını və s.Onun strukturunun inkişafı aşağıda ümumiləşdirilmişdir:
(1) Əsas quruluş
Ən sadə APD strukturu PIN fotodioduna əsaslanır, P bölgəsi və N bölgəsi çox qatqılıdır və ikincil elektronlar və boşluq yaratmaq üçün bitişik P bölgəsində və ya N bölgəsində N tipli və ya P tipli ikiqat itələyici bölgə təqdim olunur. ilkin foto cərəyanın gücləndirilməsini həyata keçirmək üçün cütlər.InP seriyalı materiallar üçün, deşik təsirinin ionlaşma əmsalı elektron təsirinin ionlaşma əmsalından böyük olduğundan, N tipli dopinqin qazanma bölgəsi adətən P bölgəsində yerləşdirilir.İdeal vəziyyətdə qazanc bölgəsinə yalnız deşiklər vurulur, ona görə də bu quruluşa deşik vurulan struktur deyilir.
(2) Absorbsiya və qazanc fərqləndirilir
InP-nin geniş diapazon boşluğu xüsusiyyətlərinə görə (InP 1.35eV və InGaAs 0.75eV) adətən qazanma zonası materialı kimi InP, udma zonası materialı kimi InGaAs istifadə olunur.
(3) Müvafiq olaraq udma, gradient və qazanc (SAGM) strukturları təklif olunur.
Hazırda əksər kommersiya APD cihazları InP/InGaAs materialından istifadə edir, udma təbəqəsi kimi InGaAs, yüksək elektrik sahəsi altında (>5x105V/sm) dağılmadan InP qazanma zonası materialı kimi istifadə edilə bilər.Bu material üçün bu APD-nin dizaynı ondan ibarətdir ki, uçqun prosesi N tipli InP-də dəliklərin toqquşması ilə formalaşır.InP və InGaAs arasındakı zolaq boşluğundakı böyük fərqi nəzərə alsaq, valentlik zolağında təxminən 0,4eV enerji səviyyəsi fərqi InGaAs udma qatında yaranan dəlikləri InP çarpan qatına çatmazdan əvvəl heteroqovuşma kənarında maneə törədir və sürət çox yüksəkdir. azaldı, nəticədə bu APD-nin uzun cavab müddəti və dar bant genişliyi.Bu problem iki material arasında InGaAsP keçid təbəqəsi əlavə etməklə həll edilə bilər.
(4) Müvafiq olaraq udma, gradient, yük və qazanc (SAGCM) strukturları təklif olunur.
Absorbsiya təbəqəsinin və qazanc təbəqəsinin elektrik sahəsinin paylanmasını daha da tənzimləmək üçün cihazın dizaynına yük qatı daxil edilir ki, bu da cihazın sürətini və reaksiyasını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır.
(5) Rezonator gücləndirilmiş (RCE) SAGCM strukturu
Ənənəvi detektorların yuxarıdakı optimal dizaynında, udma təbəqəsinin qalınlığının cihazın sürəti və kvant səmərəliliyi üçün ziddiyyətli bir amil olduğu faktı ilə üzləşməliyik.Emici təbəqənin nazik qalınlığı daşıyıcının keçid müddətini azalda bilər, beləliklə, böyük bir bant genişliyi əldə edilə bilər.Bununla belə, eyni zamanda, daha yüksək kvant səmərəliliyi əldə etmək üçün udma təbəqəsinin kifayət qədər qalınlığı olmalıdır.Bu problemin həlli rezonans boşluğunun (RCE) strukturu ola bilər, yəni paylanmış Bragg Reflektor (DBR) cihazın aşağı və yuxarı hissəsində nəzərdə tutulmuşdur.DBR güzgüsü aşağı sındırma indeksi və strukturunda yüksək sındırma indeksi olan iki növ materialdan ibarətdir və ikisi növbə ilə böyüyür və hər təbəqənin qalınlığı yarımkeçiricidə düşən işıq dalğasının 1/4 dalğasına cavab verir.Detektorun rezonator quruluşu sürət tələblərinə cavab verə bilər, udma təbəqəsinin qalınlığı çox nazik edilə bilər və bir neçə əks etdirdikdən sonra elektronun kvant səmərəliliyi artır.
(6) Kənarla birləşdirilmiş dalğa ötürücü quruluşu (WG-APD)
Absorbsiya təbəqəsinin qalınlığının cihazın sürətinə və kvant səmərəliliyinə müxtəlif təsirlərinin ziddiyyətini həll etmək üçün başqa bir həll kənardan birləşdirilmiş dalğa qurğusu quruluşunu təqdim etməkdir.Bu struktur işığa yan tərəfdən daxil olur, çünki udma təbəqəsi çox uzundur, yüksək kvant səmərəliliyi əldə etmək asandır və eyni zamanda, udma qatını çox nazik etmək olar, daşıyıcının keçid müddətini azaldır.Buna görə də, bu struktur udma təbəqəsinin qalınlığından bant genişliyi və səmərəliliyin müxtəlif asılılığını həll edir və yüksək sürət və yüksək kvant səmərəliliyinə nail olacağı gözlənilir.WG-APD prosesi RCE APD-dən daha sadədir ki, bu da DBR güzgüsünün mürəkkəb hazırlanması prosesini aradan qaldırır.Buna görə də, praktik sahədə daha məqsədəuyğundur və ümumi müstəvi optik əlaqə üçün uyğundur.
3. Nəticə
Uçqunun inkişafıfotodetektormateriallar və cihazlar nəzərdən keçirilir.InP materiallarının elektron və dəliklərin toqquşması ionlaşma dərəcələri InAlAs-a yaxındır ki, bu da iki daşıyıcı simbionun ikiqat prosesinə gətirib çıxarır ki, bu da uçqun qurulması müddətini daha uzun edir və səs-küyü artırır.Təmiz InAlAs materialları ilə müqayisədə InGaAs (P) /InAlAs və In (Al) GaAs/InAlAs kvant quyu strukturları toqquşma ionlaşma əmsallarının artan nisbətinə malikdir, buna görə də səs-küy performansı çox dəyişdirilə bilər.Quruluş baxımından, udma təbəqəsinin qalınlığının cihazın sürətinə və kvant səmərəliliyinə müxtəlif təsirlərinin ziddiyyətlərini həll etmək üçün rezonatorla gücləndirilmiş (RCE) SAGCM strukturu və kənar ilə birləşdirilmiş dalğa qurğusu strukturu (WG-APD) hazırlanmışdır.Prosesin mürəkkəbliyinə görə, bu iki strukturun tam praktik tətbiqi daha çox araşdırılmalıdır.
Göndərmə vaxtı: 14 noyabr 2023-cü il