Սկզբունքը և ներկայիս վիճակըձնահոսքի լուսադետեկտոր (APD լուսադետեկտոր) Երկրորդ մաս
2.2 APD չիպի կառուցվածքը
Բարձր արդյունավետության սարքերի հիմնական երաշխիքը չիպի ողջամիտ կառուցվածքն է: APD-ի կառուցվածքային նախագծումը հիմնականում հաշվի է առնում RC ժամանակի հաստատունը, հետերոհանգույցում անցքի կլանումը, կրիչի անցման ժամանակը սպառման շրջանով և այլն: Դրա կառուցվածքի զարգացումը ամփոփված է ստորև.
(1) Հիմնական կառուցվածք
Ամենապարզ APD կառուցվածքը հիմնված է PIN ֆոտոդիոդի վրա, P և N շրջանները ուժեղ լեգիրված են, և N-տիպի կամ P-տիպի կրկնակի վանող շրջանը ներմուծվում է հարակից P կամ N շրջան՝ երկրորդային էլեկտրոններ և անցքերի զույգեր առաջացնելու համար, որպեսզի իրականացվի առաջնային ֆոտոհոսանքի ուժեղացումը: InP շարքի նյութերի համար, քանի որ անցքերի հարվածային իոնացման գործակիցը մեծ է էլեկտրոնների հարվածային իոնացման գործակիցից, N-տիպի լեգիրված ուժեղացման շրջանը սովորաբար տեղադրվում է P շրջանում: Իդեալական իրավիճակում ուժեղացման շրջան են ներարկվում միայն անցքեր, ուստի այս կառուցվածքը կոչվում է անցքերով ներարկված կառուցվածք:
(2) Կլանումը և շահույթը տարբերակվում են
InP-ի լայն գոտիական բացվածքի բնութագրերի պատճառով (InP-ն՝ 1.35 էՎ, իսկ InGaAs-ը՝ 0.75 էՎ), InP-ն սովորաբար օգտագործվում է որպես ուժեղացման գոտու նյութ, իսկ InGaAs-ը՝ որպես կլանման գոտու նյութ։
(3) Առաջարկվում են համապատասխանաբար կլանման, գրադիենտի և ուժեղացման (SAGM) կառուցվածքները։
Ներկայումս առևտրային APD սարքերի մեծ մասը օգտագործում է InP/InGaAs նյութ, InGaAs-ը որպես կլանման շերտ, InP-ն բարձր էլեկտրական դաշտի (>5x105V/cm) տակ առանց խզման, կարող է օգտագործվել որպես ուժեղացման գոտու նյութ: Այս նյութի համար այս APD-ի նախագծումն այն է, որ N-տիպի InP-ում ձնահոսքի պրոցեսը ձևավորվում է անցքերի բախման միջոցով: Հաշվի առնելով InP-ի և InGaAs-ի միջև արգելակային գոտու մեծ տարբերությունը, վալենտային գոտում մոտ 0.4 էՎ էներգիայի մակարդակի տարբերությունը InGaAs կլանման շերտում առաջացած անցքերը խցանված է դարձնում հետերոհանգույցի եզրին՝ նախքան InP բազմապատկիչ շերտին հասնելը, և արագությունը զգալիորեն նվազում է, ինչը հանգեցնում է այս APD-ի երկար արձագանքման ժամանակի և նեղ թողունակության: Այս խնդիրը կարող է լուծվել՝ երկու նյութերի միջև InGaAsP անցումային շերտ ավելացնելով:
(4) Առաջարկվում են համապատասխանաբար կլանման, գրադիենտի, լիցքի և ուժեղացման (SAGCM) կառուցվածքները։
Կլանման և ուժեղացման շերտերի էլեկտրական դաշտի բաշխումը հետագայում կարգավորելու համար սարքի դիզայնի մեջ ներմուծվում է լիցքի շերտ, ինչը զգալիորեն բարելավում է սարքի արագությունը և արձագանքունակությունը։
(5) Ռեզոնատորային ուժեղացված (RCE) SAGCM կառուցվածք
Վերոնշյալ ավանդական դետեկտորների օպտիմալ նախագծման դեպքում մենք պետք է հաշվի առնենք այն փաստը, որ կլանման շերտի հաստությունը հակասական գործոն է սարքի արագության և քվանտային արդյունավետության համար: Կլանող շերտի բարակ հաստությունը կարող է կրճատել կրողի տարանցման ժամանակը, ուստի կարելի է ստանալ մեծ թողունակություն: Սակայն, միևնույն ժամանակ, ավելի բարձր քվանտային արդյունավետություն ստանալու համար կլանման շերտը պետք է ունենա բավարար հաստություն: Այս խնդրի լուծումը կարող է լինել ռեզոնանսային խոռոչի (RCE) կառուցվածքը, այսինքն՝ սարքի ներքևի և վերևի մասերում նախագծված է բաշխված Բրեգգի անդրադարձիչը (DBR): DBR հայելին բաղկացած է երկու տեսակի նյութերից՝ ցածր և բարձր բեկման ցուցիչներով կառուցվածքով, և երկուսն էլ հերթագայաբար աճում են, և յուրաքանչյուր շերտի հաստությունը համապատասխանում է միջադեպային լույսի ալիքի երկարության 1/4-ին կիսահաղորդչում: Դետեկտորի ռեզոնատորային կառուցվածքը կարող է բավարարել արագության պահանջները, կլանման շերտի հաստությունը կարող է շատ բարակ լինել, և էլեկտրոնի քվանտային արդյունավետությունը մեծանում է մի քանի անդրադարձումներից հետո:
(6) Եզրային միացված ալիքատար կառուցվածք (WG-APD)
Սարքի արագության և քվանտային արդյունավետության վրա կլանման շերտի հաստության տարբեր ազդեցությունների հակասությունը լուծելու մեկ այլ լուծում է եզրային կապակցված ալիքատար կառուցվածքի ներդրումը: Այս կառուցվածքը լույս է մտնում կողքից, քանի որ կլանման շերտը շատ երկար է, հեշտ է ստանալ բարձր քվանտային արդյունավետություն, և միևնույն ժամանակ, կլանման շերտը կարող է շատ բարակ լինել՝ կրճատելով կրողի տարանցման ժամանակը: Հետևաբար, այս կառուցվածքը լուծում է թողունակության և արդյունավետության տարբեր կախվածությունը կլանման շերտի հաստությունից և ակնկալվում է հասնել բարձր արագության և բարձր քվանտային արդյունավետության APD-ի: WG-APD գործընթացը ավելի պարզ է, քան RCE APD-ինը, ինչը վերացնում է DBR հայելու բարդ պատրաստման գործընթացը: Հետևաբար, այն ավելի իրագործելի է գործնական ոլորտում և հարմար է ընդհանուր հարթության օպտիկական միացման համար:
3. Եզրակացություն
Ձնահոսքի զարգացումըլուսադետեկտորՎերանայվում է նյութերի և սարքերի վերլուծությունը: InP նյութերի էլեկտրոնների և անցքերի բախման իոնացման արագությունները մոտ են InAlAs-ի արագություններին, ինչը հանգեցնում է երկու կրող սիմբիոնների կրկնակի պրոցեսի, ինչը երկարացնում է ձնահոսքի առաջացման ժամանակը և մեծացնում աղմուկը: Մաքուր InAlAs նյութերի համեմատ, InGaAs (P) /InAlAs և In (Al) GaAs/InAlAs քվանտային հորատանցքային կառուցվածքները ունեն բախման իոնացման գործակիցների ավելի մեծ հարաբերակցություն, ուստի աղմուկի կատարողականը կարող է զգալիորեն փոխվել: Կառուցվածքի առումով, ռեզոնատորային ուժեղացված (RCE) SAGCM կառուցվածքը և եզրային միացված ալիքատար կառուցվածքը (WG-APD) մշակվել են՝ սարքի արագության և քվանտային արդյունավետության վրա կլանման շերտի հաստության տարբեր ազդեցությունների հակասությունները լուծելու համար: Գործընթացի բարդության պատճառով այս երկու կառուցվածքների լիարժեք գործնական կիրառումը պետք է ավելի մանրամասն ուսումնասիրվի:
Հրապարակման ժամանակը. Նոյեմբերի 14, 2023