принципі және қазіргі жағдайықар көшкіні фотодетекторы (APD фотодетекторы) Екінші бөлім
2.2 APD чипінің құрылымы
Ақылға қонымды чип құрылымы жоғары өнімді құрылғылардың негізгі кепілі болып табылады. APD құрылымдық конструкциясы негізінен RC уақытының тұрақтысын, гетероикциядағы саңылауларды ұстауды, сарқылу аймағы арқылы тасымалдаушының өту уақытын және т.б. қарастырады. Оның құрылымының дамуы төменде келтірілген:
(1) Негізгі құрылым
Қарапайым APD құрылымы PIN фотодиодына негізделген, P аймағы мен N аймағы қатты легирленген және N-типті немесе P-типті қос репеллент аймағы екінші реттік электрондар мен тесіктерді генерациялау үшін көршілес P аймағында немесе N аймағында енгізіледі. бастапқы фототоктың күшейтілуін жүзеге асыру үшін жұптар. InP сериясының материалдары үшін саңылаулардың әсер етуінің иондану коэффициенті электронды әсер етудің иондану коэффициентінен үлкен болғандықтан, N-типті қоспаның күшейту аймағы әдетте P аймағында орналасады. Идеалды жағдайда күшейту аймағына тек саңылаулар ғана айдалады, сондықтан бұл құрылым саңылаулы инъекциялық құрылым деп аталады.
(2) Абсорбция мен күшейту ажыратылады
InP диапазонының кең сипаттамаларына байланысты (InP 1,35эВ және InGaAs 0,75эВ), әдетте InP күшейту аймағының материалы ретінде және InGaAs жұтылу аймағының материалы ретінде пайдаланылады.
(3) Сәйкесінше абсорбция, градиент және күшейту (SAGM) құрылымдары ұсынылған
Қазіргі уақытта коммерциялық APD құрылғыларының көпшілігі InP/InGaAs материалын пайдаланады, жұтылу қабаты ретінде InGaAs, жоғары электр өрісіндегі (>5x105В/см) бұзылмай InP, күшейту аймағының материалы ретінде пайдаланылуы мүмкін. Бұл материал үшін бұл APD дизайны қар көшкіні процесі N-типті InP-де тесіктердің соқтығысуы арқылы қалыптасады. InP және InGaAs арасындағы жолақ саңылауының үлкен айырмашылығын ескере отырып, валенттік диапазондағы шамамен 0,4эВ энергия деңгейінің айырмашылығы InGaAs жұтылу қабатында пайда болған тесіктерді InP көбейткіш қабатына жеткенге дейін гетеройысу жиегінде кедергі жасайды және жылдамдық айтарлықтай жоғары болады. азаяды, нәтижесінде ұзақ жауап беру уақыты және осы APD өткізу қабілеті тар болады. Бұл мәселені екі материал арасында InGaAsP өтпелі қабатын қосу арқылы шешуге болады.
(4) Сәйкесінше абсорбция, градиент, заряд және күшейту (SAGCM) құрылымдары ұсынылады.
Абсорбциялық қабат пен күшейту қабатының электр өрісінің таралуын одан әрі реттеу үшін құрылғының конструкциясына заряд қабаты енгізіледі, бұл құрылғының жылдамдығы мен жауап беру қабілетін айтарлықтай жақсартады.
(5) Резонатор күшейтілген (RCE) SAGCM құрылымы
Дәстүрлі детекторлардың жоғарыда келтірілген оңтайлы дизайнында абсорбциялық қабаттың қалыңдығы құрылғы жылдамдығы мен кванттық тиімділік үшін қарама-қайшы фактор болып табылатындығына тап болуымыз керек. Жұтатын қабаттың жұқа қалыңдығы тасымалдаушының өту уақытын қысқартуы мүмкін, сондықтан үлкен өткізу қабілеттілігін алуға болады. Дегенмен, сонымен бірге жоғары кванттық тиімділікті алу үшін сіңіру қабатының жеткілікті қалыңдығы болуы керек. Бұл мәселенің шешімі резонанстық қуыстың (RCE) құрылымы болуы мүмкін, яғни бөлінген Брегг рефлекторы (DBR) құрылғының төменгі және жоғарғы жағында жобаланған. DBR айнасы сыну көрсеткіші төмен және құрылымы жоғары сыну көрсеткіші бар екі түрлі материалдардан тұрады және екеуі кезектесіп өседі және әрбір қабаттың қалыңдығы жартылай өткізгіштегі түсетін жарық толқынының 1/4 ұзындығына сәйкес келеді. Детектордың резонаторлық құрылымы жылдамдық талаптарына жауап бере алады, абсорбциялық қабаттың қалыңдығын өте жұқа етіп жасауға болады, ал электронның кванттық тиімділігі бірнеше рет шағылысқаннан кейін артады.
(6) Жиекпен біріктірілген толқын өткізгіш құрылымы (WG-APD)
Абсорбциялық қабат қалыңдығының құрылғы жылдамдығы мен кванттық тиімділігіне әртүрлі әсерлерінің қайшылығын шешудің тағы бір шешімі - жиегімен байланыстырылған толқын өткізгіш құрылымын енгізу. Бұл құрылым жарыққа бүйірден енеді, өйткені жұтылу қабаты өте ұзын, жоғары кванттық тиімділікті алу оңай, сонымен қатар, жұту қабатын өте жұқа етіп жасауға болады, бұл тасымалдаушының өту уақытын қысқартады. Сондықтан бұл құрылым өткізу қабілеттілігі мен тиімділіктің жұтылу қабатының қалыңдығына әртүрлі тәуелділігін шешеді және APD жоғары жылдамдық пен жоғары кванттық тиімділікке қол жеткізеді деп күтілуде. WG-APD процесі RCE APD-ге қарағанда қарапайым, бұл DBR айнасының күрделі дайындау процесін жояды. Сондықтан, ол практикалық салада неғұрлым қолайлы және жалпы жазық оптикалық байланыс үшін қолайлы.
3. Қорытынды
Көшкіннің дамуыфотодетекторматериалдар мен құрылғылар қарастырылады. InP материалдарының электрондар мен саңылаулардың соқтығысуы иондану жылдамдығы InAlAs жылдамдығына жақын, бұл екі тасымалдаушы симбиондардың қосарланған процесіне әкеледі, бұл көшкін жасау уақытын ұзартады және шуды арттырады. Таза InAlAs материалдарымен салыстырғанда, InGaAs (P) /InAlAs және In (Al) GaAs/InAlAs кванттық ұңғыма құрылымдары соқтығысты иондану коэффициенттерінің жоғарырақ қатынасына ие, сондықтан шу өнімділігін айтарлықтай өзгертуге болады. Құрылымы жағынан абсорбциялық қабат қалыңдығының құрылғы жылдамдығына және кванттық тиімділікке әртүрлі әсерлерінің қайшылықтарын шешу үшін резонаторлық күшейтілген (RCE) SAGCM құрылымы және жиекпен байланыстырылған толқын өткізгіш құрылымы (WG-APD) әзірленген. Процестің күрделілігіне байланысты осы екі құрылымның толық практикалық қолданылуы одан әрі зерттеуді қажет етеді.
Жіберу уақыты: 14 қараша 2023 ж