اصل و وضعیت فعلی عکس بهمن (PhotoDetector APD) قسمت دوم

اصل و وضعیت فعلینوری بهمن (نوری APD) قسمت دوم

2.2 ساختار تراشه APD
ساختار تراشه معقول ضمانت اصلی دستگاههای با کارایی بالا است. طراحی ساختاری APD به طور عمده زمان RC ثابت ، ضبط سوراخ در عملکرد ناهمگن ، زمان حمل و نقل حامل از طریق منطقه تخریب و غیره را در نظر می گیرد. توسعه ساختار آن در زیر خلاصه شده است:

(1) ساختار اساسی
ساده ترین ساختار APD مبتنی بر فوتودودود PIN است ، منطقه P و منطقه N به شدت دوپ شده اند ، و منطقه N-Type یا P-Type دو برابر معتبر در منطقه P مجاور یا منطقه N برای تولید الکترونهای ثانویه و جفت سوراخ معرفی می شود ، به منظور تحقق تقویت فتوکورنت اولیه. برای مواد سری INP ، از آنجا که ضریب یونیزاسیون ضربه سوراخ بیشتر از ضریب یونیزاسیون ضربه الکترون است ، منطقه افزایش دوپینگ از نوع N معمولاً در منطقه P قرار می گیرد. در یک وضعیت ایده آل ، فقط سوراخ ها به منطقه افزایش تزریق می شوند ، بنابراین به این ساختار یک ساختار تزریق شده سوراخ گفته می شود.

(2) جذب و افزایش متمایز است
با توجه به ویژگی های شکاف باند گسترده INP (INP 1.35EV و INGAAS 0.75EV است) ، از INP معمولاً به عنوان ماده منطقه افزایش و INGAAS به عنوان ماده منطقه جذب استفاده می شود.

(3) ساختارهای جذب ، شیب و افزایش (SAGM) به ترتیب پیشنهاد شده است
در حال حاضر ، بیشتر دستگاه های APD تجاری از مواد INP/INGAAS ، INGAAS به عنوان لایه جذب ، INP در میدان الکتریکی بالا (> 5x105v/cm) بدون خرابی استفاده می کنند ، می توانند به عنوان ماده منطقه افزایش استفاده شوند. برای این ماده ، طراحی این APD این است که فرآیند بهمن با برخورد سوراخ ها در INP نوع N شکل می گیرد. با توجه به تفاوت زیاد در شکاف باند بین INP و INGAAS ، اختلاف سطح انرژی در حدود 0.4EV در باند Valence باعث می شود سوراخ های تولید شده در لایه جذب INGAAS در لبه ناهماهنگی قبل از رسیدن به لایه ضرب INP و سرعت بسیار کاهش یابد و در نتیجه زمان پاسخ طولانی و باند باریک باریک از این APD. این مشکل را می توان با اضافه کردن یک لایه انتقال IngaASP بین دو ماده حل کرد.

(4) ساختارهای جذب ، گرادیان ، بار و افزایش (SAGCM) به ترتیب پیشنهاد شده است
به منظور تنظیم بیشتر توزیع میدان الکتریکی لایه جذب و لایه افزایش ، لایه بار به طراحی دستگاه معرفی می شود که سرعت و پاسخگویی دستگاه را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

(5) Resonator Enhanced (RCE) ساختار SAGCM
در طراحی بهینه فوق آشکارسازهای سنتی ، باید با این واقعیت روبرو شویم که ضخامت لایه جذب یک عامل متناقض برای سرعت دستگاه و راندمان کوانتومی است. ضخامت نازک لایه جذب می تواند زمان حمل و نقل حامل را کاهش دهد ، بنابراین می توان پهنای باند بزرگی را بدست آورد. با این حال ، در عین حال ، برای به دست آوردن راندمان کوانتومی بالاتر ، لایه جذب باید ضخامت کافی داشته باشد. راه حل این مشکل می تواند ساختار حفره رزونانس (RCE) باشد ، یعنی بازتابنده Bragg توزیع شده (DBR) در پایین و بالای دستگاه طراحی شده است. آینه DBR از دو نوع مواد با ضریب شکست کم و ضریب شکست زیاد در ساختار تشکیل شده است و این دو به طور متناوب رشد می کنند و ضخامت هر لایه طول موج نور حادثه 1/4 را در نیمه هادی مطابقت می دهد. ساختار تشدید کننده ردیاب می تواند نیازهای سرعت را برآورده کند ، ضخامت لایه جذب می تواند بسیار نازک شود و راندمان کوانتومی الکترون پس از چندین بازتاب افزایش می یابد.

(6) ساختار موجبر همراه با لبه (WG-APD)
راه حل دیگر برای حل تضاد اثرات مختلف ضخامت لایه جذب در سرعت دستگاه و راندمان کوانتومی ، معرفی ساختار موجبر همراه با لبه است. این ساختار از طرف نور وارد نور می شود ، زیرا لایه جذب بسیار طولانی است ، به دست آوردن راندمان کوانتومی بالا آسان است و در عین حال ، لایه جذب می تواند بسیار نازک شود و باعث کاهش زمان حمل و نقل حامل می شود. بنابراین ، این ساختار وابستگی متفاوت پهنای باند و کارآیی به ضخامت لایه جذب را حل می کند و انتظار می رود APD با بهره وری کوانتومی بالا و بالا به دست بیاید. فرایند WG-APD ساده تر از RCE APD است ، که روند آماده سازی پیچیده آینه DBR را از بین می برد. بنابراین ، در زمینه عملی امکان پذیر است و برای اتصال نوری هواپیمای مشترک مناسب است.

3. نتیجه گیری
توسعه بهمندستگاه نوریمواد و دستگاه ها مورد بررسی قرار می گیرند. میزان یونیزاسیون الکترونی و سوراخ از مواد INP نزدیک به موارد Inalas است که منجر به روند مضاعف دو نماد حامل می شود ، که باعث می شود زمان ساختمان بهمن طولانی تر شود و سر و صدا افزایش یابد. در مقایسه با مواد Inalas خالص ، INGAAS (P) /INALAS و در (AL) GAAS /INALAS CONTUM WELL ساختار نسبت به ضرایب یونیزاسیون برخورد افزایش یافته است ، بنابراین می توان عملکرد نویز را بسیار تغییر داد. از نظر ساختار ، ساختار SAGCM (RCE) تقویت شده (RCE) و ساختار موجبر همراه با لبه (WG-APD) به منظور حل تضادهای اثرات مختلف ضخامت لایه جذب در سرعت دستگاه و راندمان کوانتومی توسعه داده شده است. با توجه به پیچیدگی فرآیند ، کاربرد کامل این دو ساختار باید بیشتر مورد بررسی قرار گیرد.