Prensîb û rewşa heyî yafotodetektora avalanche (Fotodetektora APD) Beşa Duyem
2.2 Struktura çîpê APD
Struktura çîpê maqûl garantiya bingehîn a amûrên performansa bilind e.Sêwirana strukturî ya APD bi piranî dema RC-ê domdar, girtina qulikê li heterojunctionê, dema derbasbûna hilgirê di nav devera kêmbûnê û hwd re dihesibîne.Pêşveçûna strukturên wê li jêr kurtkirî ye:
(1) Avahiya bingehîn
Struktura APD ya herî hêsan li ser bingeha fotodîoda PIN-ê ye, devera P û herêma N bi giranî tê dop kirin, û devera du-repellant a tîpa N an P-tîpê li devera P-ya cîran an devera N tête danîn da ku elektronên duyemîn û qul çêbike. cot, da ku têgihîştina mezinbûna wêneya bingehîn.Ji bo materyalên rêzikên InP, ji ber ku hevrêziya îyonîzasyona bandora qulikê ji îyonîzasyona bandora elektronê mezintir e, devera qezencê ya dopîngê-N bi gelemperî li herêma P tête danîn.Di rewşek îdeal de, tenê qul di nav devera qezencê de têne derzî kirin, ji ber vê yekê ji vê avahîsaziyê re avahiyek qul-derzkirî tê gotin.
(2) Avgirtin û qezenc têne cuda kirin
Ji ber taybetmendiyên valahiya bandê ya berfireh a InP (InP 1.35eV e û InGaAs 0.75eV e), InP bi gelemperî wekî materyalê devera qezencê û InGaAs wekî materyalê devera vegirtinê tê bikar anîn.
(3) Strukturên vegirtin, gradient û qezencê (SAGM) bi rêzê têne pêşniyar kirin
Heya nuha, piraniya amûrên APD-ê yên bazirganî materyalê InP / InGaAs bikar tînin, InGaAs wekî qata vegirtinê, InP di binê qada elektrîkî ya bilind (> 5x105V / cm) bêyî hilweşandinê, dikare wekî materyalek devera qezencê were bikar anîn.Ji bo vê materyalê, sêwirana vê APD-ê ev e ku pêvajoya avalancheyê di N-type InP de ji hêla lihevketina kunkan ve çêdibe.Bi berçavgirtina cûdahiya mezin a di navbera InP û InGaAs de, ferqa asta enerjiyê ya bi qasî 0.4eV di bendika valence de dihêle ku kunên ku di tebeqeya vegirtinê ya InGaAs de têne hilberandin berî ku bigihîjin qata pirjimarkerê InP-ê li kêleka heterojunctionê têne asteng kirin û leza pir zêde ye. kêm kirin, di encamê de demek bersivek dirêj û bandwidahiya vê APD-ê teng dibe.Ev pirsgirêk dikare bi lê zêdekirina pêvek veguheztina InGaAsP di navbera her du materyalan de were çareser kirin.
(4) Strukturên vegirtin, gradient, bar û qezenc (SAGCM) bi rêzê têne pêşniyar kirin
Ji bo ku bêtir dabeşkirina zeviya elektrîkê ya qata vegirtinê û qata qezenckirinê were sererast kirin, qata barkirinê di sêwirana cîhazê de tê destnîşan kirin, ku leza amûrê û bersivdayînê pir çêtir dike.
(5) Struktura SAGCM ya zêdekirî (RCE) Resonator
Di sêwirana çêtirîn a jorîn a dedektorên kevneşopî de, divê em bi vê rastiyê re rû bi rû bimînin ku qalindahiya qata vegirtinê ji bo leza cîhazê û karbidestiya quantumê faktorek nakok e.Zêdebûna zirav a qatê vegirtinê dikare dema veguheztina hilgir kêm bike, ji ber vê yekê bandûrek mezin dikare were bidestxistin.Lêbelê, di heman demê de, ji bo ku meriv karbidestiya quantumê ya bilindtir bi dest bixe, pêdivî ye ku tebeqeya vegirtinê xwedî qalindiyek têr be.Çareseriya vê pirsgirêkê dikare avahiya valahiya resonant (RCE) be, ango, Bragg Reflektorê belavkirî (DBR) li jêr û jor a cîhazê hatî sêwirandin.Neynika DBR ji du cûrbecûr materyalan pêk tê ku xwedan îndeksa vekêşanê ya kêm û îndeksa refraksiyonê ya bilind e, û her du bi hev re mezin dibin, û qalindahiya her qatek bi dirêjahiya pêla ronahiya bûyerê 1/4 di nîvconductor de pêk tê.Struktura resonatorê ya detektorê dikare hewcedariyên bilez bicîh bîne, qalindahiya qata vegirtinê dikare pir zirav were çêkirin, û kargêriya quantum a elektronê piştî çend refleksan zêde dibe.
(6) Struktura rêvebera pêlê-hevhevkirî (WG-APD)
Çareseriyek din ji bo çareserkirina nakokiya bandorên cihêreng ên qalindahiya qata vegirtinê ya li ser leza cîhazê û karbidestiya kuantumê ev e ku strukturek rêvebira pêlê ya bi hev ve girêdayî ye.Ev avahî ji alîkî ve dikeve ronahiyê, ji ber ku pileya vegirtinê pir dirêj e, hêsan e ku meriv karbidestiya quantumê ya bilind bidest bixe, û di heman demê de, qata vegirtinê dikare pir zirav were çêkirin, û dema derbasbûna hilgirê kêm bike.Ji ber vê yekê, ev avahî girêdayîbûna cihêreng a band û karîgeriyê ya li ser qalindahiya qata razanê çareser dike, û tê pêşbînîkirin ku APD bi rêjeya bilind û karbidestiya quantumê ya bilind bi dest bixe.Pêvajoya WG-APD ji ya RCE APD hêsantir e, ku pêvajoya amadekirina tevlihev a neynikê DBR ji holê radike.Ji ber vê yekê, ew di warê pratîkî de maqûltir e û ji bo pêwendiya optîkî ya firokeya hevpar maqûl e.
3. Encam
Pêşveçûna avalanchefotodetektormalzemeyên û cîhazan tê vekolîn.Rêjeyên îyonîzasyona elektron û qulikê yên materyalên InP nêzê yên InAlAs in, ku ev yek dibe sedema pêvajoya ducarî ya her du simbiyonên hilgirê, ku dema avakirina avî dirêjtir dike û deng zêde dibe.Li gorî materyalên paqij ên InAlAs, InGaAs (P) /InAlAs û InGaAs (P) /InAlAs û In (Al) GaAs / InAlAs strukturên bîrên quantumê rêjeyek zêde ya hevberên ionîzasyona lihevhatinê hene, ji ber vê yekê performansa deng dikare pir were guheztin.Di warê strukturê de, strukturên SAGCM-ê yên pêşkeftî (RCE) û strukturên rêvebirê pêlên hevgirtî (WG-APD) têne pêşve xistin da ku nakokiyên bandorên cihêreng ên qalindahiya qata razandinê li ser leza cîhazê û karbidestiya quantumê çareser bikin.Ji ber tevliheviya pêvajoyê, pêdivî ye ku karanîna pratîkî ya tevahî ya van her du avahiyan bêtir were lêkolîn kirin.
Dema şandinê: Nov-14-2023