የ Avalanche photodetector (APD photodetector) መርህ እና ወቅታዊ ሁኔታ ክፍል ሁለት

መርህ እና አሁን ያለው ሁኔታየበረዶ መንሸራተቻ የፎቶ ዳሳሽ (APD የፎቶ ዳሳሽ) ክፍል ሁለት

2.2 APD ቺፕ መዋቅር
ምክንያታዊ ቺፕ መዋቅር ከፍተኛ አፈጻጸም መሣሪያዎች መሠረታዊ ዋስትና ነው. የ APD መዋቅራዊ ንድፍ በዋናነት የ RC ጊዜን ቋሚነት፣ በ heterojunction ላይ ያለውን ቀዳዳ መያዝ፣ የአጓጓዥ ማጓጓዣ ጊዜን በመጥፋት ክልል እና የመሳሰሉትን ይመለከታል። የእሱ መዋቅር እድገት ከዚህ በታች ተዘርዝሯል-

(1) መሰረታዊ መዋቅር
በጣም ቀላሉ የ APD መዋቅር በፒን ፎቶዲዮድ ላይ የተመሰረተ ነው, የፒ ክልል እና ኤን ክልል በከፍተኛ ሁኔታ የተጨመቁ ናቸው, እና N-type ወይም P-type double-repellant ክልል በአቅራቢያው ባለው ፒ ክልል ወይም ኤን ክልል ውስጥ ሁለተኛ ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳ ይፈጥራል. ጥንዶች, ስለዚህ ዋናውን የፎቶ ኮርነር ማጉላትን መገንዘብ. ለ InP ተከታታይ ቁሳቁሶች, የ ቀዳዳ ተጽዕኖ ionization Coefficient ከኤሌክትሮን ተጽዕኖ ionization Coefficient የሚበልጥ ስለሆነ, N-አይነት doping ያለውን ትርፍ ክልል ብዙውን ጊዜ P ክልል ውስጥ ነው. ተስማሚ በሆነ ሁኔታ ውስጥ, ወደ ትርፍ ክልል ውስጥ የሚገቡት ጉድጓዶች ብቻ ናቸው, ስለዚህ ይህ መዋቅር ቀዳዳ-የተከተፈ መዋቅር ይባላል.

(2) መምጠጥ እና ጥቅም ተለይተዋል
በ InP ሰፊ ባንድ ክፍተት ባህሪያት ምክንያት (InP 1.35eV እና InGaAs 0.75eV ነው)፣ InP አብዛኛውን ጊዜ እንደ ትርፍ ዞን ቁሳቁስ እና InGaAs እንደ የመምጠጥ ዞን ቁሳቁስ ነው።

(3) የመምጠጥ፣ ቀስ በቀስ እና ትርፍ (SAGM) አወቃቀሮች እንደቅደም ተከተላቸው ቀርበዋል።
በአሁኑ ጊዜ, አብዛኞቹ የንግድ APD መሣሪያዎች InP/InGaAs ቁሳዊ, InGaAs እንደ ለመምጥ ንብርብር, InP በከፍተኛ የኤሌክትሪክ መስክ ስር (> 5x105V / ሴሜ) ያለ መፈራረስ, ጥቅም ዞን ቁሳዊ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል. ለእዚህ ቁሳቁስ, የዚህ ኤፒዲ ዲዛይኑ የበረዶው ሂደት በ N-type InP ውስጥ በቀዳዳዎች ግጭት መፈጠሩ ነው. በ InP እና InGaAs መካከል ባለው የባንድ ክፍተት ውስጥ ያለውን ትልቅ ልዩነት ከግምት ውስጥ በማስገባት በቫሌንስ ባንድ ውስጥ ወደ 0.4eV ገደማ ያለው የኃይል ደረጃ ልዩነት በ InGaAs የመምጠጥ ንብርብር ውስጥ የሚፈጠሩት ቀዳዳዎች ወደ ኢንፒ ማባዣ ንብርብር ከመድረሳቸው በፊት በሄትሮጁንሽን ጠርዝ ላይ እንዲደናቀፉ ያደርጋቸዋል እና ፍጥነቱ በጣም ከፍተኛ ነው ። ቀንሷል፣ በዚህም ምክንያት የረጅም ጊዜ ምላሽ ጊዜ እና የዚህ APD ጠባብ የመተላለፊያ ይዘት። ይህ ችግር በሁለቱ ቁሳቁሶች መካከል የ InGaAsP የሽግግር ንብርብር በመጨመር ሊፈታ ይችላል.

(4) የመምጠጥ፣ ቅልመት፣ ክፍያ እና ትርፍ (SAGCM) አወቃቀሮች እንደቅደም ተከተላቸው ቀርበዋል።
የመምጠጥ ንብርብር እና የጥቅም ሽፋን የኤሌክትሪክ መስክ ስርጭትን የበለጠ ለማስተካከል, የኃይል መሙያው ንብርብር ወደ መሳሪያው ዲዛይን ውስጥ እንዲገባ ይደረጋል, ይህም የመሳሪያውን ፍጥነት እና ምላሽን በእጅጉ ያሻሽላል.

(5) Resonator የተሻሻለ (RCE) SAGCM መዋቅር
ባህላዊ መመርመሪያዎች ከላይ ለተመቻቸ ንድፍ ውስጥ, እኛ ለመምጥ ንብርብር ውፍረት መሣሪያ ፍጥነት እና ኳንተም ውጤታማነት ጋር የሚጋጭ ምክንያት እውነታ መጋፈጥ አለብን. የመምጠጥ ንብርብር ቀጭን ውፍረት የመጓጓዣ ጊዜን ሊቀንስ ስለሚችል ትልቅ የመተላለፊያ ይዘት ማግኘት ይቻላል. ሆኖም ግን, በተመሳሳይ ጊዜ, ከፍተኛ የኳንተም ቅልጥፍናን ለማግኘት, የመምጠጥ ንብርብር በቂ ውፍረት እንዲኖረው ያስፈልጋል. ለዚህ ችግር መፍትሄው የማስተጋባት ክፍተት (RCE) መዋቅር ሊሆን ይችላል, ማለትም የተከፋፈለው Bragg Reflector (DBR) በመሳሪያው ግርጌ እና አናት ላይ ተዘጋጅቷል. የዲቢአር መስተዋቱ ዝቅተኛ የማጣቀሻ ኢንዴክስ እና ከፍተኛ የማጣቀሻ ኢንዴክስ ያላቸው ሁለት አይነት ቁሳቁሶችን ያቀፈ ሲሆን ሁለቱ ተለዋጭ ያድጋሉ እና የእያንዳንዱ ንብርብር ውፍረት በሴሚኮንዳክተር ውስጥ ያለውን የብርሃን ሞገድ ርዝመት 1/4 ያሟላል። የማወቂያ resonator መዋቅር የፍጥነት መስፈርቶችን ሊያሟላ ይችላል, የመምጠጥ ንብርብር ውፍረት በጣም ቀጭን ሊሆን ይችላል, እና ከበርካታ ነጸብራቅ በኋላ የኤሌክትሮን ኳንተም ውጤታማነት ይጨምራል.

(6) ከጫፍ ጋር የተጣመረ የሞገድ መመሪያ መዋቅር (WG-APD)
ሌላው የመምጠጥ ንብርብር ውፍረት በመሣሪያ ፍጥነት እና በኳንተም ቅልጥፍና ላይ ያለውን ተቃርኖ ለመፍታት ሌላው መፍትሔ የጠርዝ-የተጣመረ የሞገድ መመሪያ መዋቅርን ማስተዋወቅ ነው። ይህ መዋቅር ከጎን በኩል ወደ ብርሃን ይገባል, ምክንያቱም የመምጠጥ ንብርብር በጣም ረጅም ነው, ከፍተኛ የኳንተም ቅልጥፍናን ለማግኘት ቀላል ነው, እና በተመሳሳይ ጊዜ, የመምጠጥ ንብርብር በጣም ቀጭን ሊሠራ ይችላል, ይህም የአጓጓዥ መጓጓዣ ጊዜን ይቀንሳል. ስለዚህ ይህ መዋቅር የመተላለፊያ ይዘት ያለውን የተለያዩ ጥገኝነት እና ለመምጥ ንብርብር ውፍረት ላይ ቅልጥፍና ይፈታል, እና ከፍተኛ ፍጥነት እና ከፍተኛ ኳንተም ውጤታማነት APD ለማሳካት ይጠበቃል. የ WG-APD ሂደት ከ RCE APD ቀላል ነው, ይህም የ DBR መስተዋቱን ውስብስብ የዝግጅት ሂደት ያስወግዳል. ስለዚህ, በተግባራዊ መስክ የበለጠ ተግባራዊ እና ለጋራ አውሮፕላን የጨረር ግንኙነት ተስማሚ ነው.

3. መደምደሚያ
የበረዶ ግግር እድገትፎቶ ዳሳሽቁሳቁሶች እና መሳሪያዎች ይገመገማሉ. የኢንፒ ቁሶች የኤሌክትሮን እና ቀዳዳ ግጭት ionization መጠኖች ከ InAlAs ጋር ይቀራረባሉ፣ ይህም ወደ ሁለቱ ተሸካሚ ሲምቢየኖች ድርብ ሂደት ይመራል፣ ይህም የአቫላንቺ ግንባታ ጊዜን እንዲረዝም እና ድምፁ እንዲጨምር ያደርጋል። ከንጹህ የInAlAs ቁሶች ጋር ሲነጻጸር InGaAs (P)/InAlAs እና In (Al) GaAs/InAlAs የኳንተም ጉድጓድ መዋቅሮች የግጭት ionization ጥምርታ ጨምሯል፣ ስለዚህ የድምጽ አፈጻጸም በእጅጉ ሊለወጥ ይችላል። መዋቅር አንፃር, resonator የተሻሻለ (RCE) SAGCM መዋቅር እና ጠርዝ-የተጣመረ waveguide መዋቅር (WG-APD) በመሣሪያ ፍጥነት እና ኳንተም ቅልጥፍና ላይ ለመምጥ ንብርብር ውፍረት የተለያዩ ውጤቶች ቅራኔ ለመፍታት ሲሉ የተገነቡ ናቸው. በሂደቱ ውስብስብነት ምክንያት የእነዚህ ሁለት መዋቅሮች ሙሉ ተግባራዊ አተገባበር የበለጠ መመርመር ያስፈልገዋል.