O principio e a situación actual do fotodetector de avalancha (fotodetector APD) Parte segunda

O principio e a situación actual defotodetector de avalancha (Fotodetector APD) Parte segunda

2.2 Estrutura de chip APD
A estrutura razoable do chip é a garantía básica de dispositivos de alto rendemento. O deseño estrutural de APD considera principalmente a constante de tempo de RC, a captura de buracos na heterojunción, o tempo de transporte transportista a través da rexión de esgotamento, etc. A continuación resúmese o desenvolvemento da súa estrutura:

(1) Estrutura básica
A estrutura APD máis sinxela baséase no fotodiodo PIN, a rexión P e a rexión N son fortemente dopadas, e a rexión do tipo N-tipo N ou do tipo P introdúcese na rexión P adxacente ou na rexión N para xerar electróns secundarios e pares de buracos, para darse conta da amplificación da fotocorrente primaria. Para os materiais da serie INP, debido a que o coeficiente de ionización de impacto do burato é maior que o coeficiente de ionización de impacto de electróns, a rexión de ganancia de dopaxe de tipo N adoita colocarse na rexión P. Nunha situación ideal, só se inxectan buracos na rexión de ganancia, polo que esta estrutura chámase estrutura inxectada no burato.

(2) Distínguense a absorción e a ganancia
Debido ás amplas características de brecha de banda de INP (INP é 1.35EV e INGAAs é 0,75EV), o INP adoita usarse como material de zona de ganancia e INGAAs como material da zona de absorción.

(3) As estruturas de absorción, gradiente e ganancia (SAGM) propóñense respectivamente
Na actualidade, a maioría dos dispositivos APD comerciais usan material INP/INGAAS, INGAAs como capa de absorción, INP baixo campo eléctrico alto (> 5x105V/cm) sen avaría, pode usarse como material de zona de ganancia. Para este material, o deseño deste APD é que o proceso de avalancha está formado no INP tipo N mediante a colisión de buracos. Tendo en conta a gran diferenza na fenda de banda entre INP e INGAAs, a diferenza de nivel de enerxía de aproximadamente 0,4EV na banda de valencia fai que os buracos xerados na capa de absorción de InGaAs obstruidos no bordo da heterojunción antes de chegar á capa de multiplicador de INP e a velocidade redúcese moito, obtendo un tempo de resposta longa e un ancho de banda estreita desta APD. Este problema pódese resolver engadindo unha capa de transición InGAASP entre os dous materiais.

(4) As estruturas de absorción, gradiente, carga e ganancia (SAGCM) propóñense respectivamente
Para axustar aínda máis a distribución do campo eléctrico da capa de absorción e a capa de ganancia, a capa de carga introdúcese no deseño do dispositivo, o que mellora moito a velocidade e a resposta do dispositivo.

(5) Resonador mellorado (RCE) Estrutura SAGCM
No deseño óptimo anterior de detectores tradicionais, debemos afrontar o feito de que o grosor da capa de absorción é un factor contraditorio para a velocidade do dispositivo e a eficiencia cuántica. O fino grosor da capa absorbente pode reducir o tempo de tránsito do portador, polo que se pode obter un ancho de banda grande. Non obstante, ao mesmo tempo, para obter unha maior eficiencia cuántica, a capa de absorción necesita ter un grosor suficiente. A solución a este problema pode ser a estrutura de cavidade resonante (RCE), é dicir, o reflector Bragg distribuído (DBR) está deseñado na parte inferior e na parte superior do dispositivo. O espello DBR consta de dous tipos de materiais con baixo índice de refracción e alto índice de refracción en estrutura, e os dous crecen alternativamente, e o grosor de cada capa cumpre a lonxitude de onda lixeira incidente 1/4 no semiconductor. A estrutura de resonador do detector pode cumprir os requisitos de velocidade, o grosor da capa de absorción pode facerse moi delgado e a eficiencia cuántica do electrón aumenta despois de varias reflexións.

(6) Estrutura de guía de onda acoplada ao bordo (WG-APD)
Outra solución para resolver a contradición de diferentes efectos do grosor da capa de absorción na velocidade do dispositivo e na eficiencia cuántica é introducir a estrutura de guía de onda acoplada a bordo. Esta estrutura entra a luz do lado, porque a capa de absorción é moi longa, é fácil obter unha alta eficiencia cuántica e, ao mesmo tempo, a capa de absorción pode facerse moi delgada, reducindo o tempo de tránsito do portador. Polo tanto, esta estrutura resolve a diferente dependencia do ancho de banda e a eficiencia do grosor da capa de absorción, e espérase que achegue unha alta taxa e alta eficiencia cuántica APD. O proceso de WG-APD é máis sinxelo que o de RCE APD, que elimina o complicado proceso de preparación do espello DBR. Polo tanto, é máis factible no campo práctico e adecuado para a conexión óptica do plano común.

3. Conclusión
O desenvolvemento de avalanchafotodetectorRevisase materiais e dispositivos. As taxas de ionización de colisión de electróns e buratos de materiais INP están próximas ás de Inalas, o que leva ao dobre proceso das dúas símbolos transportistas, o que fai que o edificio de avalancha máis tempo e o ruído aumentase. En comparación cos materiais puros de Inalas, as estruturas de pozos cuánticos de InGaAs (P) /Inalas e (Al) GaAs /Inalas teñen unha maior relación de coeficientes de ionización de colisión, polo que o rendemento do ruído pode cambiarse moito. En termos de estrutura, a estrutura SAGCM mellorada (RCE) e a estrutura de guía de onda acopladas ao bordo (WG-APD) desenvólvense para resolver as contradicións de diferentes efectos do grosor da capa de absorción na velocidade do dispositivo e na eficiencia cuántica. Debido á complexidade do proceso, a aplicación práctica completa destas dúas estruturas debe ser explorada máis.