Prinsip we häzirki ýagdaýgar uçguny fotodetektory (APD fotodetektory) Ikinji bölüm
2.2 APD çip gurluşy
Çipleriň dogry gurluşy ýokary öndürijilikli enjamlaryň esasy kepilligidir. APD-niň gurluş dizaýny esasan RC wagt sabitini, geterogeçişde deşikleriň tutulmagyny, daşaýjylaryň tükenme sebitinden geçiş wagtyny we ş.m. göz öňünde tutýar. Onuň gurluşynyň ösüşi aşakda gysgaça beýan edilýär:
(1) Esasy gurluş
Iň ýönekeý APD gurluşy PIN fotodiodyna esaslanýar, P sebit we N sebitleri güýçli lehimlenýär we ikinji derejeli elektronlary we deşik jübütlerini döretmek üçin goňşy P sebitine ýa-da N sebitine N görnüşli ýa-da P görnüşli goşa iteriji sebit girizilýär, şeýlelik bilen esasy fototokuň güýçlendirilmegi amala aşyrylýar. InP seriýaly materiallar üçin, deşik täsiriniň ionlaşma koeffisiýenti elektron täsiriniň ionlaşma koeffisiýentinden uly bolany üçin, N görnüşli lehimlemegiň güýçlendirme sebiti adatça P sebitine ýerleşdirilýär. Ideal ýagdaýda, güýçlendirme sebitine diňe deşikler inýeksiýa edilýär, şonuň üçin bu gurluş deşik inýeksiýa edilen gurluş diýlip atlandyrylýar.
(2) Absorbsiýa we gazanç tapawutlandyrylýar
InP-niň giň zolak aralygynyň häsiýetnamalary sebäpli (InP 1.35eV we InGaAs 0.75eV), InP adatça güýçlendirme zolagynyň materialy, InGaAs bolsa siňdiriş zolagynyň materialy hökmünde ulanylýar.
(3) Degişlilikde siňdiriş, gradient we gazanç (SAGM) gurluşlary teklip edilýär
Häzirki wagtda APD enjamlarynyň köpüsi InP/InGaAs materialyny ulanýar, siňdiriş gatlagy hökmünde InGaAs, ýokary elektrik meýdany astynda (>5x105V/sm) InP döwülmezden, güýçlendiriş zolagy materialy hökmünde ulanylyp bilner. Bu material üçin bu APD-niň dizaýny, N-tipli InP-de uçgun prosesiniň deşikleriň çaknyşmagy arkaly emele gelmeginden ybarat. InP we InGaAs arasyndaky zolak aralygynyň uly tapawudyny göz öňünde tutup, walent zolagyndaky energiýa derejesindäki takmynan 0,4eV tapawut InGaAs siňdiriş gatlagynda dörän deşikleriň InP köpeldiji gatlagyna ýetmezden öň geterogeçiş gyrasynda böwetlenmegine sebäp bolýar we tizlik ep-esli azalýar, bu bolsa bu APD-niň jogap wagtynyň uzak we dar geçirijilik ukybyna getirýär. Bu meseläni iki materialyň arasynda InGaAsP geçiş gatlagyny goşmak arkaly çözüp bolýar.
(4) Degişlilikde siňdiriş, gradient, zarýad we güýçlendirme (SAGCM) gurluşlary teklip edilýär
Absorbsiýa gatlagynyň we güýçlendirme gatlagynyň elektrik meýdanynyň paýlanyşyny has-da sazlamak üçin, enjamyň dizaýnyna zarýad gatlagy girizilýär, bu bolsa enjamyň tizligini we jogap beriş ukybyny ep-esli gowulandyrýar.
(5) Rezonator bilen güýçlendirilen (RCE) SAGCM gurluşy
Adaty detektorlaryň ýokardaky optimal dizaýnynda, siňdiriş gatlagynyň galyňlygynyň enjamyň tizligi we kwantum netijeliligi üçin gapma-garşylykly faktor bolup durýandygy bilen ýüzbe-ýüz bolmaly. Siňdiriji gatlagyň inçe galyňlygy daşaýjynyň geçiş wagtyny azaldyp biler, şonuň üçin uly geçirijilik zolagyny alyp bolýar. Şeýle-de bolsa, şol bir wagtyň özünde, has ýokary kwantum netijeliligini gazanmak üçin siňdiriş gatlagynyň ýeterlik galyňlygy bolmaly. Bu meseläniň çözgüdi rezonans boşlugy (RCE) gurluşy bolup biler, ýagny paýlanan Bragg Reflektory (DBR) enjamyň aşagynda we ýokarsynda dizaýn edilen. DBR aýnasy gurluşynda pes syndyryş görkezijisi we ýokary syndyryş görkezijisi bolan iki görnüşli materialdan ybarat we ikisi gezekli-gezegine ösýär we her gatlagyň galyňlygy ýarymgeçirijide düşýän ýagtylygyň tolkun uzynlygynyň 1/4-ine gabat gelýär. Detektoryň rezonator gurluşy tizlik talaplaryna laýyk gelip biler, siňdiriş gatlagynyň galyňlygyny örän inçe edip bolýar we birnäçe gezek şöhlelenmeden soň elektronyň kwantum netijeliligi ýokarlanýar.
(6) Gyra bilen baglanyşykly tolkun geçiriji gurluşy (WG-APD)
Absorbsiýa gatlagynyň galyňlygynyň enjamyň tizligine we kwant netijeliligine dürli täsirleriniň gapma-garşylygyny çözmegiň başga bir çözgüdi gyra birikdirilen tolkun geçiriji gurluşyny girizmekdir. Bu gurluş ýagtylyga gapdaldan girýär, sebäbi absorbsiýa gatlagy örän uzyn, ýokary kwant netijeliligini almak aňsat we şol bir wagtyň özünde absorbsiýa gatlagyny örän inçe edip bolýar, bu bolsa daşaýjylaryň geçiş wagtyny azaldýar. Şonuň üçin bu gurluş geçirijilik zolagynyň we netijeliligiň absorbsiýa gatlagynyň galyňlygyna dürli baglylygyny çözýär we ýokary tizlikli we ýokary kwant netijeli APD gazanmagyna garaşylýar. WG-APD prosesi RCE APD-den has ýönekeý, bu bolsa DBR aýnasynyň çylşyrymly taýýarlanyş prosesini aradan aýyrýar. Şonuň üçin ol amaly ulgamda has amatly we umumy tekizlik optiki birikme üçin amatlydyr.
3. Netije
Gar uçgunynyň ösmegifotodetektormateriallar we enjamlar gözden geçirilýär. InP materiallarynyň elektron we deşik çaknyşma ionlaşma tizlikleri InAlAs-yňkylara ýakyn, bu bolsa iki daşaýjy simbionlaryň goşa prosesine getirýär, bu bolsa gar uçgunynyň emele gelme wagtyny uzaldýar we şowhuny artdyrýar. Arassa InAlAs materiallary bilen deňeşdirilende, InGaAs (P) /InAlAs we In (Al) GaAs /InAlAs kwantum guýularynyň gurluşlarynda çaknyşma ionlaşma koeffisiýentleriniň gatnaşygy ýokarlanýar, şonuň üçin şowhunyň netijeliligi düýpli üýtgedilip bilner. Gurluş babatda, absorbsiýa gatlagynyň galyňlygynyň enjamyň tizligine we kwantum netijeliligine dürli täsirleriniň gapma-garşylyklaryny çözmek üçin rezonator güýçlendirilen (RCE) SAGCM gurluşy we gyra birikdirilen tolkun geçiriji gurluşy (WG-APD) işlenip düzüldi. Prosesiň çylşyrymlylygy sebäpli, bu iki gurluşyň doly amaly ulanylyşyny has giňişleýin öwrenmeli.
Ýerleşdirilen wagty: 2023-nji ýylyň 14-nji noýabry