Elur-jausi fotodetektagailuaren printzipioa eta egungo egoera (APD fotodetektagailua) Bigarren zatia

-ren printzipioa eta egungo egoeraelur-jausi fotodetektagailua (APD fotodetektagailua) Bigarren zatia

2.2 APD txiparen egitura
Arrazoizko txiparen egitura errendimendu handiko gailuen oinarrizko bermea da. APDren egitura-diseinuak batez ere RC denbora-konstantea, zuloen harrapaketa heterojunkzioan, garraiolarien igarotze-denbora agortze-eskualdearen bidez eta abar hartzen ditu kontuan. Bere egituraren garapena jarraian laburbiltzen da:

(1) Oinarrizko egitura
APD egitura sinpleena PIN fotodiodoan oinarritzen da, P eskualdea eta N eskualdea asko dopatuta daude, eta N motako edo P motako eskualde bikoitzeko aldagaia ondoko P eskualdean edo N eskualdean sartzen da bigarren mailako elektroiak eta zuloa sortzeko. bikoteak, fotokorronte primarioaren anplifikazioaz jabetzeko. InP serieko materialen kasuan, zulo-inpaktuaren ionizazio-koefizientea elektroien inpaktuaren ionizazio-koefizientea baino handiagoa denez, N motako dopinaren irabazi-eskualdea P eskualdean kokatu ohi da. Egoera ideal batean, zuloak bakarrik injektatzen dira irabazi-eskualdean, beraz egitura honi zulo-injektatutako egitura deritzo.

(2) Xurgapena eta irabazia bereizten dira
InP-ren banda zabalaren ezaugarriak direla eta (InP 1,35eV da eta InGaAs 0,75eV da), InP erabiltzen da normalean irabazi-zonako material gisa eta InGaAs xurgapen-eremuko material gisa.

(3) Xurgapen, gradiente eta irabazi (SAGM) egiturak proposatzen dira hurrenez hurren
Gaur egun, APD gailu komertzialen gehienek InP/InGaAs materiala erabiltzen dute, InGaAs xurgapen geruza gisa, InP eremu elektriko altuaren azpian (>5x105V/cm) matxuratu gabe, irabazi-zonako material gisa erabil daiteke. Material honetarako, APD honen diseinua da elur-jausi-prozesua N motako InPn sortzen dela zuloen talkaren ondorioz. InP eta InGaAsen arteko banda-hutsunearen alde handia kontuan hartuta, balentzia-bandan 0,4eV inguruko energia-mailaren diferentziak InGaAs xurgapen-geruzan sortutako zuloak heterojunkzio ertzean oztopatzen ditu InP geruza biderkatzailera iritsi aurretik eta abiadura handia da. murriztu, erantzun denbora luzea eta APD honen banda-zabalera estua eraginez. Arazo hau bi materialen artean InGaAsP trantsizio geruza bat gehituz konpon daiteke.

(4) Xurgapen, gradiente, karga eta irabazi (SAGCM) egiturak proposatzen dira hurrenez hurren
Xurgapen-geruzaren eta irabazi-geruzaren eremu elektrikoaren banaketa gehiago doitzeko, karga-geruza sartzen da gailuaren diseinuan, eta horrek asko hobetzen du gailuaren abiadura eta erantzuna.

(5) Resonator enhanced (RCE) SAGCM egitura
Detektagailu tradizionalen goiko diseinu optimoan, xurgapen-geruzaren lodiera gailuaren abiadura eta eraginkortasun kuantikoa kontraesankorra dela aurre egin behar diogu. Geruza xurgatzailearen lodiera meheak garraiolarien igarotze-denbora murriztu dezake, beraz, banda-zabalera handia lor daiteke. Hala ere, aldi berean, eraginkortasun kuantiko handiagoa lortzeko, xurgapen-geruzak nahikoa lodiera izan behar du. Arazo honen irtenbidea erresonantzia-barrunbea (RCE) egitura izan daiteke, hau da, Bragg Reflector banatua (DBR) gailuaren behealdean eta goialdean diseinatuta dago. DBR ispilua errefrakzio-indize baxua eta errefrakzio-indize altua duten bi material mota ditu egituran, eta biak txandaka hazten dira, eta geruza bakoitzaren lodierak erdieroalean argi intzidentearen uhin-luzera 1/4 betetzen du. Detektagailuaren erresonatzaile-egiturak abiadura-eskakizunak bete ditzake, xurgapen-geruzaren lodiera oso mehea izan daiteke eta elektroiaren eraginkortasun kuantikoa handitu egiten da hainbat gogoeta egin ondoren.

(6) Ertz-akoplatutako uhin-gidaren egitura (WG-APD)
Absortzio-geruzaren lodierak gailuaren abiaduran eta eraginkortasun kuantikoan dituen efektu desberdinen kontraesana konpontzeko beste irtenbide bat ertz-akoplatutako uhin-gidaren egitura sartzea da. Egitura hau argia albotik sartzen da, xurgapen-geruza oso luzea delako, eraginkortasun kuantiko handia lortzea erraza da eta, aldi berean, xurgapen-geruza oso mehea egin daiteke, garraiolarien igarotze-denbora murriztuz. Hori dela eta, egitura honek banda-zabaleraren eta eraginkortasunaren mendekotasun desberdinak konpontzen ditu xurgapen-geruzaren lodieraren arabera, eta APD tasa eta eraginkortasun kuantiko altua lortzea espero da. WG-APDren prozesua RCE APDrena baino sinpleagoa da, eta horrek DBR ispiluaren prestaketa prozesu korapilatsua ezabatzen du. Hori dela eta, eremu praktikoan bideragarriagoa da eta plano komuneko konexio optikorako egokia da.

3. Ondorioa
Elur-jausiaren garapenafotodetektagailuamaterialak eta gailuak berrikusten dira. InP materialen elektroi eta zuloen talka ionizazio tasak InAlAs-enetatik hurbil daude, eta horrek bi eramaile sinbioien prozesu bikoitza dakar, elur-jausi eraikitzeko denbora luzeagoa eta zarata handitu egiten duena. InAlAs material puruekin alderatuta, InGaAs (P) /InAlAs eta In (Al) GaAs/InAlAs putzu kuantikoen egiturek talkaren ionizazio koefizienteen erlazio handiagoa dute, beraz, zarata errendimendua asko alda daiteke. Egiturari dagokionez, erresonatzaile hobetua (RCE) SAGCM egitura eta ertz-akoplatutako uhin-gida-egitura (WG-APD) garatzen dira xurgapen-geruzaren lodierak gailuaren abiaduran eta eraginkortasun kuantikoan dituen eragin desberdinen kontraesanak konpontzeko. Prozesuaren konplexutasuna dela eta, bi egitura horien aplikazio praktiko osoa gehiago aztertu behar da.