Egwyddor a sefyllfa bresennolAvalanche Photodetector (APD Photodetector) Rhan Dau
2.2 Strwythur Sglodion APD
Strwythur sglodion rhesymol yw gwarant sylfaenol dyfeisiau perfformiad uchel. Mae dyluniad strwythurol APD yn bennaf yn ystyried amser RC yn gyson, cipio tyllau ar heterojunction, amser cludo cludwyr trwy ranbarth disbyddu ac ati. Crynhoir datblygiad ei strwythur isod:
(1) Strwythur Sylfaenol
Mae'r strwythur APD symlaf yn seiliedig ar y ffotodiode pin, mae'r rhanbarth P a'r rhanbarth N yn cael eu dopio'n drwm, a chyflwynir y rhanbarth math n-math neu p-math P-dybl yn y rhanbarth P cyfagos neu'r rhanbarth N i gynhyrchu electronau eilaidd a pharau tyllau, er mwyn gwireddu ymhelaethiad y ffotocurent cynradd. Ar gyfer deunyddiau cyfres INP, oherwydd bod y cyfernod ionization effaith twll yn fwy na'r cyfernod ionization effaith electron, mae'r rhanbarth ennill o dopio math N fel arfer yn cael ei osod yn y rhanbarth P. Mewn sefyllfa ddelfrydol, dim ond tyllau sy'n cael eu chwistrellu i'r rhanbarth ennill, felly gelwir y strwythur hwn yn strwythur wedi'i chwistrellu â thwll.
(2) Mae amsugno ac ennill yn nodedig
Oherwydd nodweddion bwlch band eang INP (INP yw 1.35EV ac mae INGAAS yn 0.75EV), mae INP fel arfer yn cael ei ddefnyddio fel y deunydd parth ennill ac IngaAs fel y deunydd parth amsugno.
(3) Cynigir y strwythurau amsugno, graddiant ac ennill (SAGM) yn y drefn honno
Ar hyn o bryd, mae'r mwyafrif o ddyfeisiau APD masnachol yn defnyddio deunydd INP/INGAAS, ingaAs fel yr haen amsugno, INP o dan faes trydan uchel (> 5x105V/cm) heb chwalu, 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 n-math gan wrthdrawiad tyllau. O ystyried y gwahaniaeth mawr yn y bwlch band rhwng INP ac INGAAs, mae'r gwahaniaeth lefel egni o tua 0.4EV yn y band falens yn gwneud i'r tyllau a gynhyrchir yn yr haen amsugno INGAAs gael ei rwystro ar ymyl heterojunction cyn cyrraedd yr haen lluosydd INP ac mae'r cyflymder yn cael ei leihau'n fawr, gan arwain at yr amser ymateb hir hwn. Gellir datrys y broblem hon trwy ychwanegu haen pontio INGAASP rhwng y ddau ddeunydd.
(4) Cynigir y strwythurau amsugno, graddiant, gwefr ac ennill (SAGCM) yn y drefn honno
Er mwyn addasu dosbarthiad maes trydan yr haen amsugno a'r haen ennill ymhellach, cyflwynir yr haen gwefru i ddyluniad y ddyfais, sy'n gwella cyflymder ac ymatebolrwydd y ddyfais yn fawr.
(5) Strwythur SAGCM wedi'i Wella (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 yr haen amsugno leihau'r amser cludo 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 gael trwch digonol. Gall yr ateb i'r broblem hon fod y strwythur ceudod soniarus (RCE), hynny yw, mae'r adlewyrchydd bragg dosbarthedig (DBR) wedi'i ddylunio ar waelod a brig y ddyfais. Mae'r drych DBR yn cynnwys dau fath o ddeunydd gyda mynegai plygiannol isel a mynegai plygiannol uchel mewn strwythur, ac mae'r ddau yn tyfu bob yn ail, ac mae trwch pob haen yn cwrdd â thonfedd ysgafn y digwyddiad 1/4 yn y lled -ddargludydd. Gall strwythur cyseinydd y synhwyrydd fodloni'r gofynion cyflymder, gellir gwneud trwch yr haen amsugno yn denau iawn, a chynyddir effeithlonrwydd cwantwm yr electron ar ôl sawl myfyrdod.
(6) Strwythur tonnau wedi'u cyplysu ag ymyl (WG-APD)
Datrysiad arall i ddatrys gwrthddywediad gwahanol effeithiau trwch haen amsugno ar gyflymder dyfais ac effeithlonrwydd cwantwm yw cyflwyno strwythur tonnau tonnau wedi'u cyplysu 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'r amser cludo cludwr. Felly, mae'r strwythur hwn yn datrys dibyniaeth wahanol lled band ac effeithlonrwydd ar drwch yr haen amsugno, a disgwylir iddo gyflawni APD cyfradd uchel ac effeithlonrwydd cwantwm uchel. Mae'r broses o WG-APD yn symlach na RCE APD, sy'n dileu'r broses baratoi gymhleth o ddrych DBR. Felly, mae'n fwy ymarferol yn y maes ymarferol ac yn addas ar gyfer cysylltiad optegol awyren cyffredin.
3. Casgliad
Datblygiad Avalancheffotodetectoradolygir deunyddiau a dyfeisiau. Mae cyfraddau ionization gwrthdrawiad electron a thwll deunyddiau INP yn agos at gyfraddau Inalas, sy'n arwain at broses ddwbl y ddau symbent cludwr, sy'n gwneud amser adeiladu eirlithriad yn hirach a'r sŵn yn cynyddu. O'i gymharu â deunyddiau inalas pur, mae gan strwythurau ffynnon INGAAS (P) /inalas ac yn (Al) GaAs /Inalas Quantum gymhareb uwch o gyfernodau ionization gwrthdrawiad, felly gellir newid y perfformiad sŵn yn fawr. O ran strwythur, mae strwythur sAGCM wedi'i wella (RCE) a strwythur tonnau tonnau wedi'u cyplysu ag ymyl (WG-APD) yn cael eu datblygu er mwyn datrys gwrthddywediadau gwahanol effeithiau trwch haen amsugno ar gyflymder dyfais ac effeithlonrwydd cwantwm. Oherwydd cymhlethdod y broses, mae angen archwilio ymhellach gymhwysiad ymarferol llawn y ddau strwythur hyn.
Amser Post: Tach-14-2023