პრინციპი და დღევანდელი მდგომარეობაზვავის ფოტოდეტექტორი (APD ფოტოდეტექტორი) Მეორე ნაწილი
2.2 APD ჩიპის სტრუქტურა
ჩიპის გონივრული სტრუქტურა არის მაღალი ხარისხის მოწყობილობების ძირითადი გარანტია.APD-ის სტრუქტურული დიზაინი ძირითადად ითვალისწინებს RC დროის მუდმივობას, ხვრელების დაჭერას ჰეტეროკავშირში, გადამზიდის ტრანზიტის დროს დაშლის რეგიონში და ა.შ.მისი სტრუქტურის განვითარება შეჯამებულია ქვემოთ:
(1) ძირითადი სტრუქტურა
უმარტივესი APD სტრუქტურა დაფუძნებულია PIN ფოტოდიოდზე, P რეგიონი და N რეგიონი ძლიერად დოპირებულია, ხოლო N-ტიპის ან P-ტიპის ორმაგად რეპელანტური რეგიონი შემოტანილია მიმდებარე P რეგიონში ან N რეგიონში მეორადი ელექტრონებისა და ხვრელის წარმოქმნის მიზნით. წყვილები, რათა განხორციელდეს პირველადი ფოტოდენის გაძლიერება.InP სერიის მასალებისთვის, რადგან ხვრელის ზემოქმედების იონიზაციის კოეფიციენტი აღემატება ელექტრონის ზემოქმედების იონიზაციის კოეფიციენტს, N- ტიპის დოპინგის მომატების რეგიონი ჩვეულებრივ განთავსებულია P რეგიონში.იდეალურ ვითარებაში, მხოლოდ ხვრელების ინექცია ხდება გამაძლიერებლის ზონაში, ამიტომ ამ სტრუქტურას უწოდებენ ხვრელ-ინექციურ სტრუქტურას.
(2) აბსორბცია და მომატება გამოირჩევა
InP-ის ფართო ზოლის უფსკრული მახასიათებლების გამო (InP არის 1.35eV და InGaAs არის 0.75eV), InP ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც მომატებული ზონის მასალა და InGaAs როგორც შთანთქმის ზონის მასალა.
(3) შემოთავაზებულია შთანთქმის, გრადიენტის და მომატების (SAGM) სტრუქტურები შესაბამისად
ამჟამად, კომერციული APD მოწყობილობების უმეტესობა იყენებს InP/InGaAs მასალას, InGaAs როგორც შთანთქმის ფენას, InP მაღალი ელექტრული ველის ქვეშ (>5x105V/სმ) დაშლის გარეშე, შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მომატებული ზონის მასალა.ამ მასალისთვის, ამ APD-ის დიზაინი არის ის, რომ ზვავის პროცესი იქმნება N- ტიპის InP-ში ხვრელების შეჯახების შედეგად.InP-სა და InGaA-ს შორის დიაპაზონში დიდი სხვაობის გათვალისწინებით, ენერგიის დონის სხვაობა ვალენტურობის დიაპაზონში დაახლოებით 0.4eV აიძულებს, რომ InGaAs შთანთქმის შრეში წარმოქმნილი ხვრელების დაბრკოლება ჰეტეროერთების კიდეზე, სანამ მიაღწევს InP მულტიპლიკატორულ ფენას და სიჩქარე მნიშვნელოვნად იზრდება. შემცირდა, რაც იწვევს ამ APD-ის ხანგრძლივი რეაგირების დროს და ვიწრო გამტარობას.ამ პრობლემის მოგვარება შესაძლებელია ორ მასალას შორის InGaAsP გარდამავალი ფენის დამატებით.
(4) შემოთავაზებულია შთანთქმის, გრადიენტის, მუხტის და მომატების (SAGCM) სტრუქტურები შესაბამისად
შთანთქმის შრის ელექტრული ველის განაწილებისა და გამაძლიერებელი ფენის შემდგომი კორექტირების მიზნით, დამუხტვის ფენა შეყვანილია მოწყობილობის დიზაინში, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს მოწყობილობის სიჩქარეს და რეაგირებას.
(5) რეზონატორის გაძლიერებული (RCE) SAGCM სტრუქტურა
ტრადიციული დეტექტორების ზემოთ მოყვანილ ოპტიმალურ დიზაინში უნდა შევხვდეთ იმ ფაქტს, რომ შთანთქმის ფენის სისქე ურთიერთგამომრიცხავი ფაქტორია მოწყობილობის სიჩქარისა და კვანტური ეფექტურობისთვის.შთამნთქმელი ფენის თხელ სისქემ შეიძლება შეამციროს გადამზიდის ტრანზიტის დრო, ამიტომ დიდი გამტარუნარიანობის მიღება შეიძლება.თუმცა, ამავდროულად, უფრო მაღალი კვანტური ეფექტურობის მისაღებად, შთანთქმის ფენას უნდა ჰქონდეს საკმარისი სისქე.ამ პრობლემის გადაწყვეტა შეიძლება იყოს რეზონანსული ღრუს (RCE) სტრუქტურა, ანუ განაწილებული Bragg Reflector (DBR) შექმნილია მოწყობილობის ქვედა და ზედა ნაწილში.DBR სარკე შედგება ორი სახის მასალისგან, დაბალი გარდატეხის ინდექსით და სტრუქტურაში მაღალი გარდატეხის ინდექსით, და ორივე იზრდება მონაცვლეობით, და თითოეული ფენის სისქე ხვდება ნახევარგამტარში შემთხვევის სინათლის ტალღის სიგრძეს 1/4.დეტექტორის რეზონატორის სტრუქტურას შეუძლია დააკმაყოფილოს სიჩქარის მოთხოვნები, შთანთქმის ფენის სისქე შეიძლება გახდეს ძალიან თხელი და ელექტრონის კვანტური ეფექტურობა იზრდება რამდენიმე ასახვის შემდეგ.
(6) კიდეზე დაწყვილებული ტალღის გამტარი სტრუქტურა (WG-APD)
მოწყობილობის სიჩქარესა და კვანტურ ეფექტურობაზე შთანთქმის ფენის სისქის სხვადასხვა ეფექტის წინააღმდეგობის გადასაჭრელად კიდევ ერთი გამოსავალი არის კიდეზე დაწყვილებული ტალღის სტრუქტურის დანერგვა.ეს სტრუქტურა შემოდის სინათლეში გვერდიდან, რადგან შთანთქმის ფენა ძალიან გრძელია, ადვილია მაღალი კვანტური ეფექტურობის მიღება და ამავდროულად, შთანთქმის ფენა შეიძლება გაკეთდეს ძალიან თხელი, რაც ამცირებს გადამზიდის ტრანზიტის დროს.ამრიგად, ეს სტრუქტურა ხსნის გამტარუნარიანობის და ეფექტურობის განსხვავებულ დამოკიდებულებას შთანთქმის ფენის სისქეზე და მოსალოდნელია, რომ მიაღწევს მაღალი სიჩქარისა და მაღალი კვანტური ეფექტურობის APD.WG-APD-ის პროცესი უფრო მარტივია ვიდრე RCE APD, რაც გამორიცხავს DBR სარკის მომზადების რთულ პროცესს.ამიტომ, ეს უფრო ხელმისაწვდომია პრაქტიკულ სფეროში და შესაფერისია საერთო სიბრტყის ოპტიკური კავშირისთვის.
3. დასკვნა
ზვავის განვითარებაფოტოდეტექტორიმასალები და მოწყობილობები განიხილება.InP მასალების ელექტრონებისა და ხვრელების შეჯახების იონიზაციის სიხშირე ახლოს არის InAlAs-თან, რაც იწვევს ორი გადამზიდავი სიმბიონის ორმაგ პროცესს, რაც ახანგრძლივებს ზვავის აგების დროს და ზრდის ხმაურს.სუფთა InAlAs მასალებთან შედარებით, InGaAs (P) /InAlAs და In (Al) GaAs/InAlAs კვანტური ჭაბურღილის სტრუქტურებს აქვთ შეჯახების იონიზაციის კოეფიციენტების გაზრდილი თანაფარდობა, ამიტომ ხმაურის მოქმედება შეიძლება მნიშვნელოვნად შეიცვალოს.სტრუქტურის თვალსაზრისით, რეზონატორის გაძლიერებული (RCE) SAGCM სტრუქტურა და კიდეზე დაწყვილებული ტალღის კონსტრუქცია (WG-APD) შემუშავებულია, რათა გადაჭრას შთანთქმის ფენის სისქის სხვადასხვა ეფექტების წინააღმდეგობები მოწყობილობის სიჩქარესა და კვანტურ ეფექტურობაზე.პროცესის სირთულიდან გამომდინარე, ამ ორი სტრუქტურის სრული პრაქტიკული გამოყენება საჭიროებს შემდგომ შესწავლას.
გამოქვეყნების დრო: ნოე-14-2023