Kanuni na hali ya sasa yaPhotodetector ya Avalanche (Photodetector ya APD) Sehemu ya pili
2.2 muundo wa chip wa APD
Muundo mzuri wa chip ni dhamana ya msingi ya vifaa vya utendaji wa juu. Ubunifu wa kimuundo wa APD huzingatia wakati wa RC mara kwa mara, kukamata shimo kwa heterojunction, wakati wa usafirishaji wa carrier kupitia mkoa wa kupungua na kadhalika. Ukuzaji wa muundo wake umefupishwa hapa chini:
(1) muundo wa kimsingi
Muundo rahisi wa APD ni msingi wa picha ya pini, mkoa wa P na mkoa wa N umejaa sana, na mkoa wa aina ya N au aina ya P-huletwa katika mkoa wa karibu wa P au mkoa wa N ili kutoa elektroni za sekondari na jozi za shimo, ili kutambua ukuzaji wa picha ya msingi. Kwa vifaa vya mfululizo wa INP, kwa sababu mgawo wa athari ya ionization ya shimo ni kubwa kuliko mgawo wa athari ya elektroni, mkoa wa faida wa aina ya N-aina kawaida huwekwa katika mkoa wa P. Katika hali nzuri, shimo tu ndizo zilizoingizwa kwenye mkoa wa faida, kwa hivyo muundo huu unaitwa muundo wa shimoni.
(2) Kuingiza na faida zinajulikana
Kwa sababu ya sifa pana ya pengo la INP (INP ni 1.35EV na INGAAs ni 0.75EV), INP kawaida hutumiwa kama nyenzo za eneo la faida na INGAA kama nyenzo za eneo la kunyonya.
(3) miundo ya kunyonya, gradient na faida (SAGM) imependekezwa mtawaliwa
Kwa sasa, vifaa vingi vya APD vya kibiashara hutumia vifaa vya INP/INGAAS, INGAAs kama safu ya kunyonya, 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 avalanche huundwa katika N-aina INP na mgongano wa shimo. Kuzingatia tofauti kubwa katika pengo la bendi kati ya INP na INGAAs, tofauti ya kiwango cha nishati ya takriban 0.4EV kwenye bendi ya valence hufanya shimo zinazozalishwa kwenye safu ya kunyonya ya InGaAS iliyozuiliwa kwenye makali ya heterojunction kabla ya kufikia safu ya INP na kasi imepunguzwa sana, na kusababisha muda mrefu wa majibu na upelezaji wa APD hii. Shida hii inaweza kutatuliwa kwa kuongeza safu ya mpito ya Ingaasp kati ya vifaa viwili.
(4) Miundo ya kunyonya, gradient, malipo na faida (SAGCM) imependekezwa mtawaliwa
Ili kurekebisha zaidi usambazaji wa uwanja wa umeme wa safu ya kunyonya na safu ya faida, safu ya malipo huletwa katika muundo wa kifaa, ambayo inaboresha sana kasi ya kifaa na mwitikio.
(5) Resonator iliyoimarishwa (RCE) muundo wa SAGCM
Katika muundo mzuri wa juu wa wagunduzi wa jadi, lazima tukabiliane na ukweli kwamba unene wa safu ya kunyonya ni sababu ya kupingana kwa kasi ya kifaa na ufanisi wa kiasi. Unene nyembamba wa safu ya kufyonza inaweza kupunguza wakati wa usafirishaji wa carrier, kwa hivyo bandwidth kubwa inaweza kupatikana. Walakini, wakati huo huo, ili kupata ufanisi wa kiwango cha juu, safu ya kunyonya inahitaji kuwa na unene wa kutosha. Suluhisho la shida hii linaweza kuwa muundo wa cavity (RCE), ambayo ni, kiboreshaji cha Bragg Reflector (DBR) imeundwa chini na juu ya kifaa. Kioo cha DBR kina aina mbili za vifaa vyenye faharisi ya chini ya kuakisi na index ya juu ya muundo, na mbili hukua kwa njia mbadala, na unene wa kila safu hukutana na mwangaza wa tukio 1/4 kwenye semiconductor. Muundo wa resonator wa kichungi unaweza kukidhi mahitaji ya kasi, unene wa safu ya kunyonya unaweza kufanywa kuwa nyembamba sana, na ufanisi wa elektroni huongezeka baada ya tafakari kadhaa.
(6) Muundo wa pamoja wa wimbi (WG-APD)
Suluhisho lingine la kutatua ubishani wa athari tofauti za unene wa safu ya kunyonya kwenye kasi ya kifaa na ufanisi wa kiasi ni kuanzisha muundo wa wimbi la pamoja. Muundo huu unaingia nyepesi kutoka upande, kwa sababu safu ya kunyonya ni ndefu sana, ni rahisi kupata ufanisi wa kiwango cha juu, na wakati huo huo, safu ya kunyonya inaweza kufanywa kuwa nyembamba sana, kupunguza wakati wa usafirishaji wa wabebaji. Kwa hivyo, muundo huu unasuluhisha utegemezi tofauti wa bandwidth na ufanisi juu ya unene wa safu ya kunyonya, na inatarajiwa kufikia kiwango cha juu na kiwango cha juu cha ufanisi wa kiwango cha juu. Mchakato wa WG-APD ni rahisi kuliko ile ya RCE APD, ambayo huondoa mchakato ngumu wa maandalizi ya kioo cha DBR. Kwa hivyo, inawezekana zaidi katika uwanja wa vitendo na inafaa kwa unganisho la kawaida la ndege.
3. Hitimisho
Maendeleo ya AvalanchePhotodetectorVifaa na vifaa vinakaguliwa. Viwango vya kugongana vya elektroni na shimo la vifaa vya INP ni karibu na ile ya Inalas, ambayo husababisha mchakato mara mbili wa alama mbili za wabebaji, ambayo inafanya muda wa ujenzi wa muda mrefu na kelele iliongezeka. Ikilinganishwa na vifaa safi vya Inalas, InGaas (P) /Inalas na katika (Al) GAAS /Inalas miundo vizuri ina uwiano wa kuongezeka kwa mgawanyiko wa ionization, kwa hivyo utendaji wa kelele unaweza kubadilishwa sana. Kwa upande wa muundo, muundo wa resonator ulioboreshwa (RCE) SAGCM na muundo wa pamoja wa wimbi (WG-APD) huandaliwa ili kutatua utata wa athari tofauti za unene wa safu ya kunyonya kwenye kasi ya kifaa na ufanisi wa kiasi. Kwa sababu ya ugumu wa mchakato, matumizi kamili ya miundo hii miwili yanahitaji kuchunguzwa zaidi.
Wakati wa chapisho: Novemba-14-2023