Yr egwyddor a'r sefyllfa bresennol offotosynhwyrydd eirlithriadau (Ffotosynhwyrydd APDRhan Dau
2.2 Strwythur sglodion APD
Strwythur sglodion rhesymol yw'r warant sylfaenol ar gyfer dyfeisiau perfformiad uchel. Mae dyluniad strwythurol APD yn ystyried yn bennaf gysonyn amser RC, cipio twll wrth hetero-gyffordd, amser tramwy cludwr trwy'r rhanbarth disbyddu ac yn y blaen. Crynhoir datblygiad ei strwythur isod:
(1) Strwythur sylfaenol
Mae'r strwythur APD symlaf yn seiliedig ar y ffotodiod PIN, mae'r rhanbarth P a'r rhanbarth N wedi'u dopio'n drwm, ac mae'r rhanbarth gwrthyrru dwbl math-N neu fath-P yn cael ei gyflwyno yn y rhanbarth P neu'r rhanbarth N cyfagos i gynhyrchu electronau eilaidd a pharau tyllau, er mwyn gwireddu ymhelaethiad y ffotogerrynt cynradd. Ar gyfer deunyddiau cyfres InP, oherwydd bod cyfernod ïoneiddio effaith y twll yn fwy na chyfernod ïoneiddio effaith yr electron, mae rhanbarth ennill dopio math-N fel arfer yn cael ei osod yn rhanbarth P. Mewn sefyllfa ddelfrydol, dim ond tyllau sy'n cael eu chwistrellu i'r rhanbarth ennill, felly gelwir y strwythur hwn yn strwythur chwistrellu twll.
(2) Gwahaniaethir rhwng amsugno ac ennill
Oherwydd nodweddion bwlch band eang InP (mae InP yn 1.35eV ac mae InGaAs yn 0.75eV), defnyddir InP fel arfer fel deunydd y parth ennill ac InGaAs fel deunydd y parth amsugno.
(3) Cynigir y strwythurau amsugno, graddiant ac ennill (SAGM) yn y drefn honno.
Ar hyn o bryd, mae'r rhan fwyaf o ddyfeisiau APD masnachol yn defnyddio deunydd InP/InGaAs, InGaAs fel yr haen amsugno, InP o dan faes trydan uchel (>5x105V/cm) heb ddadansoddiad, gellir ei ddefnyddio fel deunydd parth ennill. Ar gyfer y deunydd hwn, dyluniad yr APD hwn yw bod y broses eirlithriad yn cael ei ffurfio yn yr InP math-N trwy wrthdrawiad tyllau. O ystyried y gwahaniaeth mawr yn y bwlch band rhwng InP ac InGaAs, mae'r gwahaniaeth lefel ynni o tua 0.4eV yn y band falens yn gwneud i'r tyllau a gynhyrchir yn yr haen amsugno InGaAs gael eu rhwystro ar ymyl yr hetero-gyffordd cyn cyrraedd yr haen lluosydd InP ac mae'r cyflymder yn cael ei leihau'n fawr, gan arwain at amser ymateb hir a lled band cul yr APD hwn. Gellir datrys y broblem hon trwy ychwanegu haen drawsnewid InGaAsP rhwng y ddau ddeunydd.
(4) Cynigir y strwythurau amsugno, graddiant, gwefr ac ennill (SAGCM) yn y drefn honno.
Er mwyn addasu dosbarthiad y maes trydan o'r haen amsugno a'r haen ennill ymhellach, cyflwynir yr haen gwefr i ddyluniad y ddyfais, sy'n gwella cyflymder ac ymatebolrwydd y ddyfais yn fawr.
(5) Strwythur SAGCM wedi'i wella gan atseinyddion (RCE)
Yn y dyluniad gorau posibl uchod o synwyryddion traddodiadol, rhaid inni wynebu'r ffaith bod trwch yr haen amsugno yn ffactor gwrthgyferbyniol ar gyfer cyflymder y ddyfais ac effeithlonrwydd cwantwm. Gall trwch tenau'r haen amsugno leihau amser trosglwyddo'r cludwr, felly gellir cael lled band mawr. Fodd bynnag, ar yr un pryd, er mwyn cael effeithlonrwydd cwantwm uwch, mae angen i'r haen amsugno fod â thrwch digonol. Yr ateb i'r broblem hon yw'r strwythur ceudod atseiniol (RCE), hynny yw, mae'r Adlewyrchydd Bragg dosbarthedig (DBR) wedi'i gynllunio ar waelod a brig y ddyfais. Mae'r drych DBR yn cynnwys dau fath o ddeunyddiau gyda mynegai plygiannol isel a mynegai plygiannol uchel o ran strwythur, ac mae'r ddau yn tyfu bob yn ail, ac mae trwch pob haen yn bodloni tonfedd golau digwyddiadol 1/4 yn y lled-ddargludydd. Gall strwythur atseiniol y synhwyrydd fodloni'r gofynion cyflymder, gellir gwneud trwch yr haen amsugno yn denau iawn, ac mae effeithlonrwydd cwantwm yr electron yn cynyddu ar ôl sawl adlewyrchiad.
(6) Strwythur ton-dywysydd cyplu ymyl (WG-APD)
Datrysiad arall i ddatrys gwrthddywediad gwahanol effeithiau trwch yr haen amsugno ar gyflymder dyfais ac effeithlonrwydd cwantwm yw cyflwyno strwythur ton-dywysydd wedi'i gyplu ag ymyl. Mae'r strwythur hwn yn mynd i mewn i olau o'r ochr, oherwydd bod yr haen amsugno yn hir iawn, mae'n hawdd cael effeithlonrwydd cwantwm uchel, ac ar yr un pryd, gellir gwneud yr haen amsugno yn denau iawn, gan leihau amser trosglwyddo'r cludwr. Felly, mae'r strwythur hwn yn datrys y ddibyniaeth wahanol o led band ac effeithlonrwydd ar drwch yr haen amsugno, a disgwylir iddo gyflawni APD cyfradd uchel ac effeithlonrwydd cwantwm uchel. Mae proses WG-APD yn symlach na phroses RCE APD, sy'n dileu'r broses baratoi gymhleth ar gyfer drych DBR. Felly, mae'n fwy ymarferol yn y maes ymarferol ac yn addas ar gyfer cysylltiad optegol plân cyffredin.
3. Casgliad
Datblygiad eirlithriadffotosynhwyryddAdolygir deunyddiau a dyfeisiau. Mae cyfraddau ïoneiddio gwrthdrawiad electronau a thyllau deunyddiau InP yn agos at rai InAlAs, sy'n arwain at broses ddwbl y ddau symbion cludwr, sy'n gwneud yr amser adeiladu eirlithriad yn hirach a'r sŵn yn gynyddol. O'i gymharu â deunyddiau InAlAs pur, mae gan strwythurau ffynnon cwantwm InGaAs (P) /InAlAs ac In (Al) GaAs/InAlAs gymhareb uwch o gyfernodau ïoneiddio gwrthdrawiad, felly gellir newid perfformiad y sŵn yn fawr. O ran strwythur, datblygwyd strwythur SAGCM wedi'i wella gan atseinyddion (RCE) a strwythur tonganllaw wedi'i gyplu ag ymyl (WG-APD) er mwyn datrys gwrthddywediadau gwahanol effeithiau trwch yr haen amsugno ar gyflymder dyfeisiau ac effeithlonrwydd cwantwm. Oherwydd cymhlethdod y broses, mae angen archwilio cymhwysiad ymarferol llawn y ddau strwythur hyn ymhellach.
Amser postio: Tach-14-2023