የአቬላንቼ ፎቶዲቴክተር (APD ፎቶዲቴክተር) መርህ እና የአሁኑ ሁኔታ ክፍል ሁለት

የመርህ መርህ እና የአሁኑ ሁኔታየአቬላንች ፎቶዲቴክተር (የኤፒዲ ፎቶዲተር) ክፍል ሁለት

2.2 የኤፒዲ ቺፕ መዋቅር
ተመጣጣኝ የቺፕ መዋቅር ከፍተኛ አፈጻጸም ላላቸው መሳሪያዎች መሰረታዊ ዋስትና ነው። የAPD መዋቅራዊ ዲዛይን በዋናነት የRC የጊዜ ቋሚነትን፣ በተቃራኒ አቅጣጫ የሚፈጠር የቀዳዳ ቀረጻን፣ በማሟሟት ክልል ውስጥ የሚዘዋወር የመጓጓዣ ጊዜን እና የመሳሰሉትን ይመለከታል። የአወቃቀሩ እድገት ከዚህ በታች ተጠቃሏል፡

(1) መሰረታዊ መዋቅር
በጣም ቀላሉ የAPD መዋቅር በፒን ፎቶዲዮድ ላይ የተመሰረተ ሲሆን የP ክልል እና የN ክልል በከፍተኛ ሁኔታ የተነከሩ ሲሆኑ፣ የN-አይነት ወይም የP-አይነት ድርብ-ተከላካይ ክልል በአጠገቡ P ክልል ወይም N ክልል ውስጥ ሁለተኛ ደረጃ ኤሌክትሮኖችን እና የቀዳዳ ጥንዶችን ለማመንጨት ይተዋወቃል፣ ይህም የዋናውን የፎቶ ጅረት ማጉላት እውን ለማድረግ ነው። ለInP ተከታታይ ቁሳቁሶች፣ የቀዳዳ ተፅዕኖ ionization ኮፊሸንት ከኤሌክትሮን ተጽዕኖ ionization ኮፊሸንት ስለሚበልጥ፣ የN-አይነት ዶፒንግ የጌይን ክልል ብዙውን ጊዜ በP ክልል ውስጥ ይቀመጣል። ተስማሚ በሆነ ሁኔታ፣ ቀዳዳዎች ብቻ ወደ ጌይን ክልል ውስጥ ይወጋሉ፣ ስለዚህ ይህ መዋቅር በቀዳዳ የተወጋ መዋቅር ይባላል።

(2) መምጠጥ እና ማግኘት የተለዩ ናቸው
የInP ሰፊ የባንድ ክፍተት ባህሪያት (InP 1.35eV እና InGaAs 0.75eV) በመኖራቸው ምክንያት፣ InP ብዙውን ጊዜ እንደ የጌይን ዞን ቁሳቁስ እና InGaAs እንደ የመምጠጥ ዞን ቁሳቁስ ጥቅም ላይ ይውላል።

(3) የመምጠጥ፣ የቅልመት እና የጌይን (SAGM) አወቃቀሮች በቅደም ተከተል ቀርበዋል
በአሁኑ ጊዜ፣ አብዛኛዎቹ የንግድ APD መሳሪያዎች InP/InGaAs ቁሳቁስ፣ InGaAs እንደ የመምጠጥ ንብርብር፣ InP በከፍተኛ የኤሌክትሪክ መስክ (>5x105V/ሴሜ) ስር ያለ መበላሸት እንደ የጋይን ዞን ቁሳቁስ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። ለዚህ ቁሳቁስ፣ የዚህ APD ዲዛይን የአቬላንቼ ሂደት በN-type InP ውስጥ በቀዳዳዎች ግጭት የሚፈጠር መሆኑ ነው። በInP እና InGaAs መካከል ባለው የባንድ ክፍተት መካከል ያለውን ትልቅ ልዩነት ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ በቫሌንሲንግ ባንድ ውስጥ ያለው 0.4eV ያህል የኃይል ደረጃ ልዩነት በInGaAs የመምጠጥ ንብርብር ውስጥ የሚፈጠሩት ቀዳዳዎች በሄትሮጁንክሽን ጠርዝ ላይ ወደ InP ማባዣ ንብርብር ከመድረሳቸው በፊት እንዲዘጉ ያደርጋቸዋል እና ፍጥነቱ በከፍተኛ ሁኔታ ይቀንሳል፣ ይህም ረጅም የምላሽ ጊዜ እና የዚህ APD ጠባብ የመተላለፊያ ይዘት ያስከትላል። ይህ ችግር በሁለቱ ቁሳቁሶች መካከል የInGaASP የሽግግር ንብርብር በመጨመር ሊፈታ ይችላል።

(4) የመምጠጥ፣ የቅልመት፣ የቻርጅ እና የጌይን (SAGCM) አወቃቀሮች በቅደም ተከተል ቀርበዋል
የመምጠጥ ንብርብር እና የግሬይን ንብርብር የኤሌክትሪክ መስክ ስርጭትን የበለጠ ለማስተካከል፣ የኃይል መሙያ ንብርብር በመሳሪያው ዲዛይን ውስጥ ይዋሃዳል፣ ይህም የመሳሪያውን ፍጥነት እና ምላሽ ሰጪነት በእጅጉ ያሻሽላል።

(5) የተሻሻለ የሬዞናተር (RCE) የSAGCM መዋቅር
ከላይ በተጠቀሰው የባህላዊ መመርመሪያዎች ምርጥ ዲዛይን፣ የመምጠጥ ንብርብር ውፍረት ለመሳሪያው ፍጥነት እና ለኳንተም ውጤታማነት እርስ በርሱ የሚጋጭ ነገር መሆኑን መጋፈጥ አለብን። የመምጠጥ ንብርብር ቀጭን ውፍረት የተሸካሚውን የመጓጓዣ ጊዜ ሊቀንስ ስለሚችል ትልቅ የመተላለፊያ ይዘት ማግኘት ይቻላል። ሆኖም ግን፣ በተመሳሳይ ጊዜ፣ ከፍተኛ የኳንተም ውጤታማነትን ለማግኘት፣ የመምጠጥ ንብርብር በቂ ውፍረት ሊኖረው ይገባል። ለዚህ ችግር መፍትሄው የሬዞናንት ጎድጓዳ (RCE) መዋቅር ሊሆን ይችላል፣ ማለትም የተከፋፈለው የብራግ አንጸባራቂ (DBR) በመሳሪያው ታችኛው እና በላይኛው ክፍል ላይ የተነደፈ ነው። የDBR መስታወት ዝቅተኛ የማጣቀሻ መረጃ ጠቋሚ እና ከፍተኛ የማጣቀሻ መረጃ ጠቋሚ ያላቸው ሁለት አይነት ቁሳቁሶችን ያቀፈ ሲሆን ሁለቱም በተለዋጭ ሁኔታ ያድጋሉ፣ እና የእያንዳንዱ ንብርብር ውፍረት በሴሚኮንዳክተር ውስጥ ካለው የብርሃን ሞገድ ርዝመት 1/4 ጋር ይጣጣማል። የመመርመሪያው ሬዞናተር መዋቅር የፍጥነት መስፈርቶችን ሊያሟላ ይችላል፣ የመምጠጥ ንብርብር ውፍረት በጣም ቀጭን ሊሆን ይችላል፣ እና የኤሌክትሮኑ የኳንተም ውጤታማነት ከብዙ ነጸብራቆች በኋላ ይጨምራል።

(6) የጠርዝ-ተጣመረ የሞገድ መመሪያ መዋቅር (WG-APD)
የመምጠጥ ንብርብር ውፍረት በመሳሪያ ፍጥነት እና በኳንተም ውጤታማነት ላይ የተለያዩ ተፅእኖዎችን ተቃርኖ ለመፍታት ሌላኛው መፍትሄ የጠርዝ-ተጣመረ የሞገድ መመሪያ መዋቅርን ማስተዋወቅ ነው። ይህ መዋቅር ከጎን በኩል ወደ ብርሃን ይገባል፣ ምክንያቱም የመምጠጥ ንብርብር በጣም ረጅም ስለሆነ፣ ከፍተኛ የኳንተም ውጤታማነትን ለማግኘት ቀላል ነው፣ እና በተመሳሳይ ጊዜ የመምጠጥ ንብርብር በጣም ቀጭን ሊሆን ይችላል፣ ይህም የተሸካሚውን የመጓጓዣ ጊዜ ይቀንሳል። ስለዚህ፣ ይህ መዋቅር በመምጠጥ ንብርብር ውፍረት ላይ ያለውን የመተላለፊያ ይዘት እና ቅልጥፍና የተለያዩ ጥገኝነቶችን ይፈታል፣ እና ከፍተኛ ፍጥነት እና ከፍተኛ የኳንተም ውጤታማነት APD እንደሚያገኝ ይጠበቃል። የWG-APD ሂደት ከRCE APD የበለጠ ቀላል ነው፣ ይህም የDBR መስታወትን ውስብስብ የዝግጅት ሂደት ያስወግዳል። ስለዚህ፣ በተግባራዊ መስክ የበለጠ ተግባራዊ እና ለጋራ የፕላን ኦፕቲካል ግንኙነት ተስማሚ ነው።

3. መደምደሚያ
የበረዶ ግግር እድገትፎቶዲቴክተርቁሳቁሶች እና መሳሪያዎች ተገምግመዋል። የInP ቁሳቁሶች የኤሌክትሮን እና የቀዳዳ ግጭት አዮኒዜሽን መጠኖች ከInAlAs ጋር ቅርብ ናቸው፣ ይህም የሁለቱ ተሸካሚ ሲምቢዮኖች ድርብ ሂደትን ያስከትላል፣ ይህም የአቫላንች ግንባታ ረዘም ላለ ጊዜ እንዲቆይ እና ድምፁ እንዲጨምር ያደርጋል። ከንጹህ InAlAs ቁሳቁሶች ጋር ሲነጻጸር፣ InGaAs (P) /InAlAs እና In (Al) GaAs/InAlAs የኳንተም ጉድጓድ መዋቅሮች የግጭት አዮኒዜሽን ኮፊሸንትስ የጨመረ ጥምርታ አላቸው፣ ስለዚህ የጫጫታ አፈፃፀም በእጅጉ ሊለወጥ ይችላል። በመዋቅር ረገድ፣ በመሳሪያ ፍጥነት እና በኳንተም ውጤታማነት ላይ የተለያዩ የመምጠጥ ንብርብር ውፍረት ውጤቶች ተቃርኖዎችን ለመፍታት የሬዞናተር የተሻሻለ (RCE) SAGCM መዋቅር እና የጠርዝ-ኮምፐልድ ሞገድ መመሪያ መዋቅር (WG-APD) ተዘጋጅተዋል። በሂደቱ ውስብስብነት ምክንያት፣ የእነዚህ ሁለት መዋቅሮች ሙሉ ተግባራዊ አተገባበር የበለጠ መመርመር አለበት።