Прынцып і цяперашняя сітуацыялавінны фотадэтэктар (Фотадэтэктар APD) Частка другая
2.2 Структура чыпа APD
Разумная структура крышталя з'яўляецца асноўнай гарантыяй высокапрадукцыйных прылад. Структурная канструкцыя лафіннага фотаэлектрычнага элемента ў асноўным улічвае пастаянную часу RC, захоп дзірак на гетэрапераходзе, час праходжання носьбітаў праз вобласць знясілення і гэтак далей. Распрацоўка яго структуры коратка апісана ніжэй:
(1) Асноўная структура
Найпрасцейшая структура лабірынтнага фотадыада (ЛАФД) заснавана на PIN-фотадыёдзе, у якім вобласці P і N моцна легаваныя, а ў суседнюю вобласць P або N уводзіцца вобласць падвойнага адштурхвання N-тыпу або P-тыпу для генерацыі другасных электронаў і пар дзірак, каб рэалізаваць узмацненне першаснага фотатоку. Для матэрыялаў серыі InP, паколькі каэфіцыент іанізацыі дзіркавымі ўдарамі большы за каэфіцыент іанізацыі электроннымі ўдарамі, вобласць узмацнення легіравання N-тыпу звычайна размяшчаецца ў вобласці P. У ідэальным выпадку ў вобласць узмацнення інжэктуюцца толькі дзіркі, таму такая структура называецца структурай з інжэкцыяй дзірак.
(2) Паглынанне і ўзмацненне адрозніваюцца
З-за шырокай забароненай зоны InP (InP складае 1,35 эВ, а InGaAs — 0,75 эВ), InP звычайна выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялу зоны ўзмацнення, а InGaAs — у якасці матэрыялу зоны паглынання.
(3) Прапанаваны адпаведна структуры паглынання, градыенту і ўзмацнення (SAGM).
У цяперашні час большасць камерцыйных прылад лавіннага фотоэлектрического фотоэлектрического прыбора (ЛАФ) выкарыстоўваюць матэрыял InP/InGaAs у якасці паглынальнага пласта. InGaAs можа выкарыстоўвацца ў якасці матэрыялу зоны ўзмацнення пад уздзеяннем высокага электрычнага поля (>5x105В/см) без прабоя. Канструкцыя ЛАФ заключаецца ў тым, што лавінны працэс фарміруецца ў InP N-тыпу ў выніку сутыкнення дзірак. Улічваючы вялікую розніцу ў шырыні забароненай зоны паміж InP і InGaAs, розніца ўзроўняў энергіі каля 0,4 эВ у валентнай зоне прыводзіць да таго, што дзіркі, якія ўтвараюцца ў паглынальным пласце InGaAs, перакрываюцца на краі гетэрапераходу, перш чым дасягнуць памнажальнага пласта InP, і хуткасць значна зніжаецца, што прыводзіць да доўгага часу водгуку і вузкай паласы прапускання гэтага ЛАФ. Гэтую праблему можна вырашыць, дадаўшы пераходны пласт InGaAsP паміж двума матэрыяламі.
(4) Прапанаваны адпаведна структуры паглынання, градыенту, зараду і ўзмацнення (SAGCM).
Для далейшай рэгулявання размеркавання электрычнага поля паміж паглынальным і ўзмацняльным пластамі ў канструкцыю прылады ўведзены зарадны пласт, што значна паляпшае хуткасць і хуткасць рэагавання прылады.
(5) Структура SAGCM з рэзанатарам, узмоцненым (RCE)
У вышэйапісанай аптымальнай канструкцыі традыцыйных дэтэктараў мы павінны сутыкнуцца з тым фактам, што таўшчыня паглынальнага пласта з'яўляецца супярэчлівым фактарам для хуткасці прылады і квантавай эфектыўнасці. Тонкая таўшчыня паглынальнага пласта можа скараціць час праходжання носьбітаў, такім чынам, можна атрымаць вялікую прапускную здольнасць. Аднак, у той жа час, каб дасягнуць больш высокай квантавай эфектыўнасці, паглынальны пласт павінен мець дастатковую таўшчыню. Рашэннем гэтай праблемы можа быць структура рэзананснага рэзанатара (RCE), гэта значыць размеркаваны брэгаўскі адбівальнік (DBR), распрацаваны ў ніжняй і верхняй частках прылады. Люстэрка DBR складаецца з двух відаў матэрыялаў з нізкім і высокім паказчыкам праламлення па структуры, прычым абодва растуць па чарзе, а таўшчыня кожнага пласта адпавядае даўжыні хвалі падаючага святла 1/4 у паўправадніку. Рэзанатарная структура дэтэктара можа задаволіць патрабаванні да хуткасці, таўшчыня паглынальнага пласта можа быць зроблена вельмі тонкай, а квантавая эфектыўнасць электрона павялічваецца пасля некалькіх адлюстраванняў.
(6) Структура хвалявода з краёвай сувяззю (WG-APD)
Іншым рашэннем для вырашэння супярэчнасці рознага ўплыву таўшчыні паглынальнага пласта на хуткасць прылады і квантавую эфектыўнасць з'яўляецца ўвядзенне структуры хвалявода з краёвай сувяззю. Такая структура ўваходзіць у святло збоку, паколькі паглынальны пласт вельмі доўгі, лёгка дасягнуць высокай квантавай эфектыўнасці, і ў той жа час паглынальны пласт можна зрабіць вельмі тонкім, што скарачае час праходжання носьбітаў. Такім чынам, гэтая структура вырашае праблему рознай залежнасці прапускной здольнасці і эфектыўнасці ад таўшчыні паглынальнага пласта і, як чакаецца, дасягне высокай хуткасці і высокай квантавай эфектыўнасці APD. Працэс WG-APD прасцейшы, чым у RCE APD, што выключае складаны працэс падрыхтоўкі люстэрка DBR. Такім чынам, ён больш мэтазгодны ў практычнай галіне і падыходзіць для аптычнага злучэння агульнай плоскасці.
3. Заключэнне
Развіццё лавіныфотадэтэктарУ аглядзе разглядаюцца матэрыялы і прылады. Хуткасці іанізацыі электронаў і дзірак пры сутыкненнях у матэрыялах InP блізкія да хуткасцей іанізацыі InAlAs, што прыводзіць да падвойнага працэсу двух сімбіёнаў носьбітаў, у выніку чаго час назапашвання лавіны павялічваецца, а шум павялічваецца. У параўнанні з чыстымі матэрыяламі InAlAs, квантавыя структуры InGaAs (P) /InAlAs і In (Al) GaAs / InAlAs маюць павялічанае суадносіны каэфіцыентаў іанізацыі пры сутыкненнях, таму шумавыя характарыстыкі могуць значна змяняцца. Што тычыцца структуры, для вырашэння супярэчнасцей, звязаных з розным уплывам таўшчыні паглынальнага пласта на хуткасць прылады і квантавую эфектыўнасць, былі распрацаваны структуры SAGCM з рэзанатарам (RCE) і хваляводныя структуры з краевай сувяззю (WG-APD). З-за складанасці працэсу неабходна далейшае вывучэнне магчымасцей практычнага прымянення гэтых двух структур.
Час публікацыі: 14 лістапада 2023 г.