Ang prinsipyo ug ang kasamtangang sitwasyon saphotodetector sa avalanche (Detektor sa litrato sa APD) Ikaduhang Bahin
2.2 Istruktura sa chip sa APD
Ang makatarunganon nga istruktura sa chip mao ang sukaranan nga garantiya sa mga high-performance device. Ang istruktura sa disenyo sa APD nag-una nga gikonsiderar ang RC time constant, hole capture sa heterojunction, carrier transit time pinaagi sa depletion region ug uban pa. Ang pag-uswag sa istruktura niini gisumada sa ubos:
(1) Batakang istruktura
Ang pinakasimple nga istruktura sa APD gibase sa PIN photodiode, ang rehiyon sa P ug rehiyon sa N gi-doping pag-ayo, ug ang rehiyon sa N-type o P-type nga doubly-repellant gipaila sa kasikbit nga rehiyon sa P o rehiyon sa N aron makamugna og mga sekondaryang electron ug mga pares sa lungag, aron matuman ang pagpadako sa panguna nga photocurrent. Alang sa mga materyales sa serye sa InP, tungod kay ang coefficient sa ionization sa lungag mas dako kaysa sa coefficient sa ionization sa electron, ang rehiyon sa gain sa N-type doping kasagarang gibutang sa rehiyon sa P. Sa usa ka sulundon nga sitwasyon, ang mga lungag ra ang gi-inject sa rehiyon sa gain, busa kini nga istruktura gitawag nga istruktura nga gi-inject sa lungag.
(2) Ang pagsuhop ug pag-angkon managlahi
Tungod sa lapad nga band gap nga kinaiya sa InP (ang InP kay 1.35eV ug ang InGaAs kay 0.75eV), ang InP kasagarang gigamit isip gain zone material ug ang InGaAs isip absorption zone material.
(3) Ang mga istruktura sa absorption, gradient ug gain (SAGM) gisugyot matag usa
Sa pagkakaron, kadaghanan sa mga komersyal nga APD device naggamit sa InP/InGaAs nga materyal, ang InGaAs isip absorption layer, ang InP ubos sa taas nga electric field (>5x105V/cm) nga walay breakdown, mahimong gamiton isip gain zone material. Para niini nga materyal, ang disenyo niini nga APD mao nga ang avalanche process maporma sa N-type InP pinaagi sa pagbangga sa mga lungag. Tungod sa dako nga kalainan sa band gap tali sa InP ug InGaAs, ang kalainan sa energy level nga mga 0.4eV sa valence band naghimo sa mga lungag nga namugna sa InGaAs absorption layer nga nababagan sa heterojunction edge sa dili pa makaabot sa InP multiplier layer ug ang speed mikunhod pag-ayo, nga miresulta sa taas nga response time ug pig-ot nga bandwidth niini nga APD. Kini nga problema masulbad pinaagi sa pagdugang og InGaAsP transition layer tali sa duha ka materyales.
(4) Ang mga istruktura sa absorption, gradient, charge ug gain (SAGCM) gisugyot matag usa.
Aron ma-adjust pa ang distribusyon sa electric field sa absorption layer ug sa gain layer, ang charge layer gipaila sa disenyo sa device, nga makapauswag pag-ayo sa katulin ug pagtubag sa device.
(5) Estruktura sa SAGCM nga gipauswag sa Resonator (RCE)
Sa nahisgutang labing maayong disenyo sa tradisyonal nga mga detector, kinahanglan natong atubangon ang kamatuoran nga ang gibag-on sa absorption layer usa ka nagkasumpaki nga hinungdan sa katulin sa device ug quantum efficiency. Ang nipis nga gibag-on sa absorbing layer makapakunhod sa oras sa pagbiyahe sa carrier, busa makakuha og dako nga bandwidth. Bisan pa, sa samang higayon, aron makakuha og mas taas nga quantum efficiency, ang absorption layer kinahanglan nga adunay igo nga gibag-on. Ang solusyon niini nga problema mahimong ang resonant cavity (RCE) structure, nga mao, ang distributed Bragg Reflector (DBR) gidisenyo sa ubos ug ibabaw sa device. Ang DBR mirror gilangkoban sa duha ka klase sa materyales nga adunay ubos nga refractive index ug taas nga refractive index sa istruktura, ug ang duha motubo nga magpuli-puli, ug ang gibag-on sa matag layer makatagbo sa incident light wavelength nga 1/4 sa semiconductor. Ang resonator structure sa detector makatagbo sa mga kinahanglanon sa katulin, ang gibag-on sa absorption layer mahimong himuong nipis kaayo, ug ang quantum efficiency sa electron madugangan human sa daghang mga reflection.
(6) Istruktura sa waveguide nga gisumpay sa ngilit (WG-APD)
Laing solusyon aron masulbad ang kontradiksyon sa lain-laing epekto sa gibag-on sa absorption layer sa katulin sa device ug quantum efficiency mao ang pagpaila sa edge-coupled waveguide structure. Kini nga istruktura mosulod sa kahayag gikan sa kilid, tungod kay ang absorption layer taas kaayo, dali nga makakuha og taas nga quantum efficiency, ug sa samang higayon, ang absorption layer mahimong nipis kaayo, nga makapamenos sa oras sa transit sa carrier. Busa, kini nga istruktura makasulbad sa lain-laing pagsalig sa bandwidth ug efficiency sa gibag-on sa absorption layer, ug gilauman nga makab-ot ang taas nga rate ug taas nga quantum efficiency APD. Ang proseso sa WG-APD mas simple kaysa sa RCE APD, nga nagwagtang sa komplikado nga proseso sa pag-andam sa DBR mirror. Busa, kini mas posible sa praktikal nga natad ug angay alang sa common plane optical connection.
3. Konklusyon
Ang pag-uswag sa avalanchephotodetectorGisusi ang mga materyales ug aparato. Ang mga rate sa ionization sa electron ug hole collision sa mga materyales sa InP hapit sa mga InAlAs, nga mosangpot sa doble nga proseso sa duha ka carrier symbions, nga makapahimo sa oras sa pagtukod og avalanche nga mas taas ug ang kasaba modaghan. Kung itandi sa puro nga mga materyales sa InAlAs, ang mga istruktura sa quantum well sa InGaAs (P) /InAlAs ug In (Al) GaAs/InAlAs adunay mas taas nga ratio sa mga coefficients sa collision ionization, busa ang performance sa kasaba mahimong mausab pag-ayo. Sa mga termino sa istruktura, ang istruktura sa resonator enhanced (RCE) SAGCM ug edge-coupled waveguide structure (WG-APD) gipalambo aron masulbad ang mga kontradiksyon sa lainlaing mga epekto sa gibag-on sa absorption layer sa katulin sa aparato ug quantum efficiency. Tungod sa pagkakomplikado sa proseso, ang hingpit nga praktikal nga aplikasyon niining duha ka istruktura kinahanglan nga mas tukion pa.
Oras sa pag-post: Nob-14-2023