პრინციპი და ახლანდელი სიტუაციაზვავის ფოტოდექტორი (APD Photodetector) ნაწილი მეორე
2.2 APD ჩიპის სტრუქტურა
გონივრული ჩიპის სტრუქტურა არის მაღალი ხარისხის მოწყობილობების ძირითადი გარანტია. APD– ის სტრუქტურული დიზაინი ძირითადად განიხილავს RC დროის მუდმივობას, ხვრელის დაჭერას ჰეტეროჯუნქციის დროს, გადამზიდავი ტრანზიტის დროს დაშლის რეგიონში და ა.შ. მისი სტრუქტურის განვითარება ქვემოთ მოცემულია:
(1) ძირითადი სტრუქტურა
APD– ის უმარტივესი სტრუქტურა დაფუძნებულია PIN Photodiode– ზე, P რეგიონში და N რეგიონში მძიმედ არის დოპი, ხოლო N– ტიპის ან P– ტიპის ორმაგად შემცველი რეგიონი შემოღებულია მიმდებარე P რეგიონში ან N რეგიონში, რათა წარმოქმნას მეორადი ელექტრონები და ხვრელი წყვილი, რათა გააცნობიეროს პირველადი ფოტოკურსის ამპლიფიკაცია. INP სერიის მასალებისთვის, იმის გამო, რომ ხვრელის ზემოქმედების იონიზაციის კოეფიციენტი უფრო მეტია, ვიდრე ელექტრონული ზემოქმედების იონიზაციის კოეფიციენტი, N- ტიპის დოპინგის მომატება რეგიონში ჩვეულებრივ მოთავსებულია P რეგიონში. იდეალურ ვითარებაში, მხოლოდ ხვრელები ინექცია მოიპოვებს რეგიონში, ამიტომ ამ სტრუქტურას ეწოდება ხვრელი ინექციური სტრუქტურა.
(2) შეწოვა და მოგება გამოირჩევა
INP– ის ფართო ჯგუფის უფსკრული მახასიათებლების გამო (INP არის 1.35EV, ხოლო Ingaas არის 0.75EV), INP ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც მოგების ზონის მასალა და Ingaas, როგორც შთანთქმის ზონის მასალა.
(3) შემოთავაზებულია შთანთქმის, გრადიენტის და მოგების (SAGM) სტრუქტურები
დღეისათვის, კომერციული APD მოწყობილობების უმეტესობა იყენებს INP/Ingaas მასალას, Ingaas- ს, როგორც შთანთქმის ფენას, INP- ს მაღალი ელექტრული ველის ქვეშ (> 5x105V/სმ) დაშლის გარეშე, შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ზონის მასალა. ამ მასალისთვის, ამ APD– ის დიზაინი იმაში მდგომარეობს, რომ ზვავის პროცესი წარმოიქმნება N- ტიპის INP– ში, ხვრელების შეჯახებით. იმის გათვალისწინებით, რომ INP- სა და Ingaas- ს შორის ჯგუფის უფსკრული დიდი განსხვავებაა, Valence band- ში ენერგიის დონის სხვაობა დაახლოებით 0.4EV- ს უქმნის ინგაას შთანთქმის ფენაში წარმოქმნილ ხვრელებს, რომლებიც შეფერხებულია ჰეტეროჯუნქციის ზღვარზე, სანამ მიაღწევს INP მულტიპლიკატორის ფენას და სიჩქარე მნიშვნელოვნად შემცირდება, რის შედეგადაც ხდება ამ APD– ის გრძელი რეაგირების დრო და ვიწრო სიჩქარე. ამ პრობლემის მოგვარება შესაძლებელია ორ მასალას შორის Ingaasp გადასვლის ფენის დამატებით.
(4) შემოთავაზებულია შთანთქმის, გრადიენტის, დატენვისა და მოგების (SAGCM) სტრუქტურები
შთანთქმის ფენის და მომატების ფენის ელექტრული ველის განაწილების შემდგომი კორექტირების მიზნით, დატენვის ფენა შედის მოწყობილობის დიზაინში, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს მოწყობილობის სიჩქარეს და რეაგირებას.
(5) რეზონატორის გაძლიერებული (RCE) SAGCM სტრუქტურა
ტრადიციული დეტექტორების ზემოხსენებულ ოპტიმალურ დიზაინში, ჩვენ უნდა გავითვალისწინოთ ის ფაქტი, რომ შთანთქმის ფენის სისქე ურთიერთსაწინააღმდეგო ფაქტორია მოწყობილობის სიჩქარისა და კვანტური ეფექტურობისთვის. შთამნთქმელი ფენის თხელი სისქემ შეიძლება შეამციროს გადამზიდავი ტრანზიტის დრო, ასე რომ დიდი სიჩქარის მიღება შესაძლებელია. ამასთან, ამავე დროს, უფრო მეტი კვანტური ეფექტურობის მისაღწევად, შთანთქმის ფენას უნდა ჰქონდეს საკმარისი სისქე. ამ პრობლემის მოგვარება შეიძლება იყოს რეზონანსული ღრუს (RCE) სტრუქტურა, ანუ განაწილებული Bragg რეფლექტორი (DBR) შექმნილია მოწყობილობის ბოლოში და ზედა ნაწილში. DBR სარკე შედგება ორი სახის მასალისაგან, რომელსაც აქვს დაბალი რეფრაქციული ინდექსი და მაღალი რეფრაქციული ინდექსი სტრუქტურაში, ხოლო ეს ორი მონაცვლეობით იზრდება, ხოლო თითოეული ფენის სისქე ხვდება ინციდენტის მსუბუქი ტალღის სიგრძეს 1/4 ნახევარწრიში. დეტექტორის რეზონატორის სტრუქტურას შეუძლია დააკმაყოფილოს სიჩქარის მოთხოვნები, შთანთქმის ფენის სისქე შეიძლება ძალიან თხელი იყოს, ხოლო ელექტრონის კვანტური ეფექტურობა იზრდება რამდენიმე რეფლექსიის შემდეგ.
(6) ზღვარზე მიერთებული ტალღოვანი სტრუქტურა (WG-APD)
შთანთქმის ფენის სისქის სხვადასხვა ეფექტების გადასაჭრელად კიდევ ერთი გამოსავალი მოწყობილობის სიჩქარეზე და კვანტურ ეფექტურობაზე არის ზღვარზე მიერთებული ტალღების სტრუქტურის დანერგვა. ეს სტრუქტურა მხრიდან შუქი შედის, რადგან შთანთქმის ფენა ძალიან გრძელია, ადვილია მაღალი კვანტური ეფექტურობის მოპოვება და ამავე დროს, შთანთქმის ფენა შეიძლება ძალიან თხელი იყოს, ამცირებს გადამზიდავი ტრანზიტის დროს. ამრიგად, ეს სტრუქტურა წყვეტს გამტარუნარიანობისა და ეფექტურობის განსხვავებულ დამოკიდებულებას შთანთქმის ფენის სისქეზე და, სავარაუდოდ, მიაღწევს მაღალი სიჩქარის და მაღალი კვანტური ეფექტურობის APD- ს. WG-APD– ის პროცესი უფრო მარტივია, ვიდრე RCE APD– ს, რაც გამორიცხავს DBR სარკის რთულ მომზადების პროცესს. აქედან გამომდინარე, ეს უფრო მიზანშეწონილია პრაქტიკულ სფეროში და შესაფერისია საერთო თვითმფრინავის ოპტიკური კავშირისთვის.
3. დასკვნა
ზვავის განვითარებაფოტოდეტექტორიგანხილულია მასალები და მოწყობილობები. INP მასალების ელექტრონისა და ხვრელის შეჯახების იონიზაციის მაჩვენებლები ახლოსაა ინალასთან, რაც იწვევს ორი გადამზიდავი სიმბოლოების ორმაგ პროცესს, რაც ზვავს შენობის შენობას უფრო მეტხანს ხდის და ხმაური იზრდება. სუფთა ინალას მასალებთან შედარებით, Ingaas (P) /Inalas და In (AL) GAAS /Inalas Quantum Well სტრუქტურებს აქვთ შეჯახების იონიზაციის კოეფიციენტების გაზრდილი თანაფარდობა, ამიტომ ხმაურის შესრულება შეიძლება მნიშვნელოვნად შეიცვალოს. სტრუქტურის თვალსაზრისით, რეზონატორის გაძლიერებული (RCE) SAGCM სტრუქტურა და ზღვარი მიერთებული ტალღის სტრუქტურა (WG-APD) ვითარდება, რათა გადაჭრას შთანთქმის ფენის სისქის სხვადასხვა ეფექტების წინააღმდეგობები მოწყობილობის სიჩქარეზე და კვანტურ ეფექტურობაზე. პროცესის სირთულის გამო, ამ ორი სტრუქტურის სრული პრაქტიკული გამოყენება შემდგომში უნდა იქნას შესწავლილი.
პოსტის დრო: -14-2023