U principiu è a situazione attuale difotorilevatore di valanga (Fotodetector APD) Seconda parte
2.2 Struttura di u chip APD
Una struttura di chip ragionevule hè a garanzia basica di dispositivi ad alte prestazioni. U cuncepimentu strutturale di APD tene contu principalmente di a costante di tempu RC, a cattura di i lacune à l'eterogiunzione, u tempu di transitu di u purtatore attraversu a regione di deplezione è cusì via. U sviluppu di a so struttura hè riassuntu quì sottu:
(1) Struttura di basa
A struttura APD a più simplice hè basata annantu à u fotodiodu PIN, a regione P è a regione N sò assai drogate, è a regione doppiamente repellente di tipu N o di tipu P hè introdutta in a regione P o regione N adiacente per generà elettroni secundarii è coppie di lacune, in modu da realizà l'amplificazione di a fotocorrente primaria. Per i materiali di a serie InP, postu chì u coefficientu di ionizazione d'impattu di lacune hè più grande di u coefficientu di ionizazione d'impattu di l'elettroni, a regione di guadagnu di u drogaghju di tipu N hè generalmente piazzata in a regione P. In una situazione ideale, solu i lacune sò iniettate in a regione di guadagnu, dunque sta struttura hè chjamata struttura iniettata da lacune.
(2) L'assorbimentu è u guadagnu sò distinti
A causa di e caratteristiche di banda larga di InP (InP hè 1,35 eV è InGaAs hè 0,75 eV), InP hè generalmente adupratu cum'è materiale di a zona di guadagnu è InGaAs cum'è materiale di a zona di assorbimentu.
(3) E strutture d'assorbimentu, gradiente è guadagnu (SAGM) sò pruposte rispettivamente
Attualmente, a maiò parte di i dispusitivi APD cummerciali utilizanu materiale InP/InGaAs, InGaAs cum'è stratu d'assorbimentu, InP sottu à un campu elettricu elevatu (>5x105V/cm) senza rottura, pò esse adupratu cum'è materiale di zona di guadagnu. Per questu materiale, u cuncepimentu di questu APD hè chì u prucessu di valanga hè furmatu in l'InP di tipu N da a collisione di i buchi. Cunsiderendu a grande differenza in u gap di banda trà InP è InGaAs, a differenza di livellu d'energia di circa 0,4 eV in a banda di valenza face chì i buchi generati in u stratu d'assorbimentu InGaAs sò ostruiti à u bordu di l'eterogiunzione prima di ghjunghje à u stratu multiplicatore InP è a velocità hè assai ridutta, risultendu in un tempu di risposta longu è una larghezza di banda stretta di questu APD. Stu prublema pò esse risoltu aghjunghjendu un stratu di transizione InGaAsP trà i dui materiali.
(4) E strutture di assorbimentu, gradiente, carica è guadagnu (SAGCM) sò pruposte rispettivamente
Per aghjustà ulteriormente a distribuzione di u campu elettricu di u stratu d'assorbimentu è di u stratu di guadagnu, u stratu di carica hè introduttu in u disignu di u dispusitivu, ciò chì migliora assai a velocità è a reattività di u dispusitivu.
(5) Struttura SAGCM migliorata da risonatore (RCE)
In u cuncepimentu ottimale sopra di i detectori tradiziunali, duvemu affruntà u fattu chì u spessore di u stratu d'assorbimentu hè un fattore cuntradittoriu per a velocità di u dispusitivu è l'efficienza quantica. U spessore sottile di u stratu d'assorbimentu pò riduce u tempu di transitu di u purtatore, cusì si pò ottene una grande larghezza di banda. Tuttavia, à u listessu tempu, per ottene una maggiore efficienza quantica, u stratu d'assorbimentu deve avè un spessore sufficiente. A suluzione à stu prublema pò esse a struttura di a cavità risonante (RCE), vale à dì, u Riflettore di Bragg distribuitu (DBR) hè cuncipitu in fondu è in cima à u dispusitivu. U specchiu DBR hè custituitu da dui tipi di materiali cù un bassu indice di rifrazione è un altu indice di rifrazione in a struttura, è i dui crescenu alternativamente, è u spessore di ogni stratu incontra a lunghezza d'onda di a luce incidente 1/4 in u semiconduttore. A struttura di u risonatore di u detector pò risponde à i requisiti di velocità, u spessore di u stratu d'assorbimentu pò esse fattu assai sottile, è l'efficienza quantica di l'elettrone hè aumentata dopu à parechje riflessioni.
(6) Struttura di guida d'onda accoppiata à i bordi (WG-APD)
Un'altra suluzione per risolve a cuntradizione di i sfarenti effetti di u spessore di u stratu d'assorbimentu nantu à a velocità di u dispusitivu è l'efficienza quantica hè di introduce una struttura di guida d'onda accoppiata à i bordi. Sta struttura entra in luce da u latu, postu chì u stratu d'assorbimentu hè assai longu, hè faciule ottene una alta efficienza quantica, è à u listessu tempu, u stratu d'assorbimentu pò esse fattu assai finu, riducendu u tempu di transitu di u purtatore. Dunque, sta struttura risolve a diversa dipendenza di a larghezza di banda è di l'efficienza da u spessore di u stratu d'assorbimentu, è si prevede chì ottenga un APD à alta velocità è alta efficienza quantica. U prucessu di WG-APD hè più simplice di quellu di RCE APD, ciò chì elimina u cumplicatu prucessu di preparazione di u specchiu DBR. Dunque, hè più fattibile in u campu praticu è adattatu per a cunnessione ottica di u pianu cumunu.
3. Cunclusione
U sviluppu di a valangafotodetettoreI materiali è i dispusitivi sò rivisti. I tassi di ionizazione di collisione di l'elettroni è di i lacune di i materiali InP sò vicini à quelli di InAlAs, ciò chì porta à u doppiu prucessu di i dui simbioni di trasportu, ciò chì allunga u tempu di custruzzione di a valanga è aumenta u rumore. In paragone à i materiali InAlAs puri, e strutture di pozzi quantichi InGaAs (P) /InAlAs è In (Al) GaAs / InAlAs anu un rapportu aumentatu di coefficienti di ionizazione di collisione, dunque e prestazioni di u rumore ponu esse assai cambiate. In termini di struttura, a struttura SAGCM migliorata da risonatore (RCE) è a struttura di guida d'onda accoppiata à i bordi (WG-APD) sò sviluppate per risolve e cuntradizioni di i diversi effetti di u spessore di u stratu di assorbimentu nantu à a velocità di u dispusitivu è l'efficienza quantica. A causa di a cumplessità di u prucessu, a piena applicazione pratica di queste duie strutture deve esse ulteriormente esplorata.
Data di publicazione: 14 di nuvembre di u 2023