Kanuni na hali ya sasa ya kigunduzi cha picha cha maporomoko ya theluji (kigunduzi cha picha cha APD) Sehemu ya Pili

Kanuni na hali ya sasa yakigunduzi cha picha cha maporomoko ya theluji (Kigunduzi cha picha cha APD) Sehemu ya Pili

2.2 Muundo wa chipu ya APD
Muundo mzuri wa chipu ndio dhamana ya msingi ya vifaa vya utendaji wa hali ya juu. Muundo wa kimuundo wa APD unazingatia zaidi uthabiti wa muda wa RC, ukamataji wa mashimo kwenye makutano ya hetero, muda wa usafirishaji wa mtoa huduma kupitia eneo la kupungua na kadhalika. Ukuzaji wa muundo wake umefupishwa hapa chini:

(1) Muundo wa msingi
Muundo rahisi zaidi wa APD unategemea fotodiodi ya PIN, eneo la P na eneo la N limeongezwa dozi nyingi, na eneo la aina ya N au aina ya P linalozuia maradufu huletwa katika eneo la P au eneo la N lililo karibu ili kutoa elektroni za sekondari na jozi za mashimo, ili kufikia ukuzaji wa mkondo mkuu wa foto. Kwa nyenzo za mfululizo wa InP, kwa sababu mgawo wa ioni ya athari ya shimo ni mkubwa kuliko mgawo wa ioni ya athari ya elektroni, eneo la faida la doping ya aina ya N kwa kawaida huwekwa katika eneo la P. Katika hali bora, ni mashimo pekee yanayoingizwa katika eneo la faida, kwa hivyo muundo huu unaitwa muundo ulioingizwa shimo.

(2) Ufyonzaji na upataji vinatofautishwa
Kutokana na sifa pana za pengo la bendi ya InP (InP ni 1.35eV na InGaAs ni 0.75eV), InP kwa kawaida hutumika kama nyenzo ya eneo la faida na InGaAs kama nyenzo ya eneo la unyonyaji.

(3) Miundo ya unyonyaji, upinde na faida (SAGM) inapendekezwa mtawalia
Kwa sasa, vifaa vingi vya kibiashara vya APD hutumia nyenzo za InP/InGaAs, InGaAs kama safu ya unyonyaji, InP chini ya uwanja wa umeme wa juu (>5x105V/cm) bila kuvunjika, inaweza kutumika kama nyenzo ya eneo la faida. Kwa nyenzo hii, muundo wa APD hii ni kwamba mchakato wa maporomoko ya theluji huundwa katika InP ya aina ya N kwa mgongano wa mashimo. Kwa kuzingatia tofauti kubwa katika pengo la bendi kati ya InP na InGaAs, tofauti ya kiwango cha nishati ya takriban 0.4eV katika bendi ya valensi hufanya mashimo yanayozalishwa katika safu ya unyonyaji ya InGaAs kuzuiwa kwenye ukingo wa heterojunction kabla ya kufikia safu ya kuzidisha ya InP na kasi hupunguzwa sana, na kusababisha muda mrefu wa majibu na upana wa data mwembamba wa APD hii. Tatizo hili linaweza kutatuliwa kwa kuongeza safu ya mpito ya InGaAsP kati ya vifaa hivyo viwili.

(4) Miundo ya unyonyaji, upinde, chaji na faida (SAGCM) inapendekezwa mtawalia
Ili kurekebisha zaidi usambazaji wa uga wa umeme wa safu ya unyonyaji na safu ya faida, safu ya chaji huingizwa katika muundo wa kifaa, ambayo huboresha sana kasi na mwitikio wa kifaa.

(5) Muundo wa SAGCM ulioboreshwa wa Resonator (RCE)
Katika muundo bora zaidi wa vigunduzi vya kitamaduni, lazima tukabiliane na ukweli kwamba unene wa safu ya unyonyaji ni jambo linalokinzana kwa kasi ya kifaa na ufanisi wa quantum. Unene mwembamba wa safu ya unyonyaji unaweza kupunguza muda wa usafirishaji wa mtoa huduma, kwa hivyo kipimo data kikubwa kinaweza kupatikana. Hata hivyo, wakati huo huo, ili kupata ufanisi mkubwa wa quantum, safu ya unyonyaji inahitaji kuwa na unene wa kutosha. Suluhisho la tatizo hili linaweza kuwa muundo wa resonant cavity (RCE), yaani, Bragg Reflector iliyosambazwa (DBR) imeundwa chini na juu ya kifaa. Kioo cha DBR kina aina mbili za vifaa vyenye faharisi ya chini ya kuakisi na faharisi ya juu ya kuakisi katika muundo, na viwili hukua kwa kubadilishana, na unene wa kila safu hukutana na urefu wa mwanga wa tukio 1/4 katika semiconductor. Muundo wa resonator wa kigunduzi unaweza kukidhi mahitaji ya kasi, unene wa safu ya unyonyaji unaweza kufanywa kuwa mwembamba sana, na ufanisi wa quantum wa elektroni huongezeka baada ya tafakari kadhaa.

(6) Muundo wa mwongozo wa mawimbi uliounganishwa kingo (WG-APD)
Suluhisho jingine la kutatua utata wa athari tofauti za unene wa safu ya unyonyaji kwenye kasi ya kifaa na ufanisi wa quantum ni kuanzisha muundo wa mwongozo wa wimbi unaounganishwa na kingo. Muundo huu huingia kwenye mwanga kutoka upande, kwa sababu safu ya unyonyaji ni ndefu sana, ni rahisi kupata ufanisi mkubwa wa quantum, na wakati huo huo, safu ya unyonyaji inaweza kufanywa nyembamba sana, na kupunguza muda wa usafirishaji wa mtoa huduma. Kwa hivyo, muundo huu hutatua utegemezi tofauti wa kipimo data na ufanisi kwenye unene wa safu ya unyonyaji, na unatarajiwa kufikia APD ya kiwango cha juu na ufanisi mkubwa wa quantum. Mchakato wa WG-APD ni rahisi kuliko ule wa RCE APD, ambao huondoa mchakato mgumu wa maandalizi ya kioo cha DBR. Kwa hivyo, inawezekana zaidi katika uwanja wa vitendo na inafaa kwa muunganisho wa kawaida wa macho ya ndege.

3. Hitimisho
Maendeleo ya maporomoko ya thelujikigunduzi cha pichaVifaa na vifaa vinapitiwa. Viwango vya ioni za mgongano wa elektroni na mashimo vya vifaa vya InP viko karibu na vile vya InAlAs, ambavyo husababisha mchakato maradufu wa symbions mbili za kubeba, ambayo hufanya ujenzi wa maporomoko ya theluji kuwa mrefu zaidi na kelele kuongezeka. Ikilinganishwa na vifaa safi vya InAlAs, miundo ya kisima cha quantum ya InGaAs (P) /InAlAs na In (Al) GaAs/InAlAs ina uwiano ulioongezeka wa viashiria vya ioni za mgongano, kwa hivyo utendaji wa kelele unaweza kubadilishwa sana. Kwa upande wa muundo, muundo wa resonator ulioimarishwa (RCE) SAGCM na muundo wa mwongozo wa wimbi uliounganishwa na kingo (WG-APD) hutengenezwa ili kutatua utata wa athari tofauti za unene wa safu ya unyonyaji kwenye kasi ya kifaa na ufanisi wa quantum. Kutokana na ugumu wa mchakato huo, matumizi kamili ya vitendo ya miundo hii miwili yanahitaji kuchunguzwa zaidi.