Prensîba dokumanter û rewşa niha yafotodetektora berfê (Fotodetektora APD) Beşa Duyem
2.2 Avahiya çîpa APD
Pêkhateya çîpê ya maqûl garantiya bingehîn a cîhazên performansa bilind e. Sêwirana pêkhateya APD bi giranî sabîta demê ya RC, girtina qulê li heterojunction, dema derbasbûna hilgir di nav herêma valabûnê de û hwd. li ber çavan digire. Pêşketina pêkhateya wê li jêr hatiye kurtkirin:
(1) Avahiya bingehîn
Avahiya APD ya herî hêsan li ser fotodîyoda PIN-ê ye, herêma P û herêma N bi giranî dopîngkirî ne, û herêma ducarî-repellant a tîpa N an jî tîpa P di herêma P an jî herêma N ya cîran de tê danîn da ku elektronên duyemîn û cotên qulan çêbike, da ku amplîfîkasyona fotoherika seretayî pêk were. Ji bo materyalên rêzeya InP, ji ber ku katsayiya îyonîzasyona bandora qulan ji katsayiya îyonîzasyona bandora elektronan mezintir e, herêma destkeftiyê ya dopînga tîpa N bi gelemperî di herêma P de tê danîn. Di rewşek îdeal de, tenê qul têne derzîkirin nav herêma destkeftiyê, ji ber vê yekê ev avahî wekî avahiya kun-derzîkirî tê binavkirin.
(2) Vegirtin û qezenckirin ji hev cuda dibin
Ji ber taybetmendiyên valahiya bendê ya fireh a InP (InP 1.35eV û InGaAs 0.75eV ye), InP bi gelemperî wekî materyalê herêma qezenckirinê û InGaAs jî wekî materyalê herêma vegirtinê tê bikar anîn.
(3) Strukturên vegirtin, gradyan û qezenckirinê (SAGM) bi rêzê ve têne pêşniyar kirin.
Niha, piraniya cîhazên APD yên bazirganî materyalê InP/InGaAs bikar tînin, InGaAs wekî qata vegirtinê, InP di bin qada elektrîkê ya bilind (>5x105V/cm) de bêyî şikestinê, dikare wekî materyalê qada qezencê were bikar anîn. Ji bo vê materyalê, sêwirana vê APD ew e ku pêvajoya lehiyê di InP-ya celebê N de bi pevçûna kunan çêdibe. Bihesibînin cûdahiya mezin a di valahiya bendê de di navbera InP û InGaAs de, cûdahiya asta enerjiyê ya nêzîkî 0.4eV di benda valansê de dihêle ku kunên ku di qata vegirtinê ya InGaAs de çêdibin li qiraxa heterojunctionê berî ku bigihîjin qata pirjimar a InP asteng bibin û leza pir kêm dibe, di encamê de demek bersivê ya dirêj û bandfirehiya teng a vê APD-ê çêdibe. Ev pirsgirêk dikare bi zêdekirina qatek veguheztinê ya InGaAsP di navbera her du materyalan de were çareser kirin.
(4) Strukturên vegirtin, gradyant, bar û qezencê (SAGCM) bi rêzê ve têne pêşniyar kirin.
Ji bo ku belavbûna qada elektrîkê ya qata mijandinê û qata qezencê bêtir were sererast kirin, qata barkirinê têxe nav sêwirana cîhazê, ku leza cîhazê û bersivdayînê pir baştir dike.
(5) Avahiya SAGCM ya bi Rezonatorê Hatiye Zêdekirin (RCE)
Di sêwirana çêtirîn a detektorên kevneşopî de, divê em bi vê rastiyê re rû bi rû bimînin ku qalindahiya qata vegirtinê faktorek nakok e ji bo leza cîhazê û karîgeriya kûantûmê. Qalindahiya zirav a qata vegirtinê dikare dema derbasbûna hilgir kêm bike, ji ber vê yekê bandfirehiyek mezin dikare were bidestxistin. Lêbelê, di heman demê de, ji bo bidestxistina karîgeriya kûantûmê ya bilindtir, pêdivî ye ku qata vegirtinê qalindahiyek têr hebe. Çareseriya vê pirsgirêkê dikare avahiya valahiya rezonansê (RCE) be, ango Reflektora Bragg a belavkirî (DBR) li binî û jorê cîhazê tê sêwirandin. Neynika DBR ji du celeb materyalên bi îndeksa şikestinê ya nizm û îndeksa şikestinê ya bilind di avahiyê de pêk tê, û her du bi dorê mezin dibin, û qalindahiya her qatê digihîje dirêjahiya pêlê ya ronahiya ketinê 1/4 di nîvconductor de. Avahiya rezonator a detektorê dikare hewcedariyên lezê bicîh bîne, qalindahiya qata vegirtinê dikare pir zirav were çêkirin, û karîgeriya kûantûmê ya elektronê piştî çend refleksan zêde dibe.
(6) Avahiya rêbera pêlan a bi qiraxan ve girêdayî (WG-APD)
Çareseriyek din ji bo çareserkirina nakokiya bandorên cûda yên qalindahiya qata vegirtinê li ser leza cîhazê û karîgeriya kuantumê ew e ku avahiya rêberiya pêlê ya bi qiraxan ve girêdayî were danasîn. Ev avahî ji alîkî ve dikeve ronahiyê, ji ber ku qata vegirtinê pir dirêj e, bidestxistina karîgeriya kuantumê ya bilind hêsan e, û di heman demê de, qata vegirtinê dikare pir zirav were çêkirin, dema derbasbûna hilgir kêm dike. Ji ber vê yekê, ev avahî girêdayîbûna cûda ya bandwidth û karîgeriyê li ser qalindahiya qata vegirtinê çareser dike, û tê payîn ku rêjeya bilind û karîgeriya kuantumê ya bilind APD bi dest bixe. Pêvajoya WG-APD ji ya RCE APD hêsantir e, ku pêvajoya amadekirina tevlihev a neynika DBR ji holê radike. Ji ber vê yekê, ew di warê pratîkî de gengaztir e û ji bo girêdana optîkî ya balafirê hevpar guncan e.
3. Encam
Pêşveçûna aşlaneyêfotodetektormateryal û amûran tê nirxandin. Rêjeyên îyonîzasyona pevçûna elektron û kunan ên materyalên InP nêzîkî yên InAlAs in, ku dibe sedema pêvajoya ducarî ya her du sembîyonên hilgir, ku dema avakirina şelalê dirêjtir dike û deng zêde dibe. Li gorî materyalên InAlAs yên saf, avahiyên bîrên kuantumê yên InGaAs (P) /InAlAs û In (Al) GaAs/InAlAs xwedî rêjeyek zêde ya katsayiyên îyonîzasyona pevçûnê ne, ji ber vê yekê performansa deng dikare pir were guhertin. Di warê avahiyê de, avahiya SAGCM ya bi rezonatorê pêşkeftî (RCE) û avahiya rêbera pêlê ya bi qirax ve girêdayî (WG-APD) têne pêşve xistin da ku nakokiyên bandorên cûda yên qalindahiya qata vegirtinê li ser leza amûrê û karîgeriya kuantumê çareser bikin. Ji ber tevliheviya pêvajoyê, sepandina pratîkî ya tevahî ya van her du avahiyan hewce ye ku bêtir were lêkolîn kirin.
Dema weşandinê: 14ê Mijdarê-2023