ຫຼັກການ ແລະ ສະຖານະການໃນປະຈຸບັນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ (ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD) ພາກທີສອງ

ຫຼັກການ ແລະ ສະພາບປັດຈຸບັນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ (ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD) ພາກທີສອງ

2.2 ໂຄງສ້າງຊິບ APD
ໂຄງສ້າງຊິບທີ່ສົມເຫດສົມຜົນແມ່ນການຮັບປະກັນພື້ນຖານຂອງອຸປະກອນປະສິດທິພາບສູງ. ການອອກແບບໂຄງສ້າງຂອງ APD ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນພິຈາລະນາເຖິງຄ່າຄົງທີ່ຂອງເວລາ RC, ການຈັບຮູຢູ່ທີ່ heterojunction, ເວລາການຂົນສົ່ງຂອງພາຫະນະຜ່ານພາກພື້ນ depletion ແລະອື່ນໆ. ການພັດທະນາໂຄງສ້າງຂອງມັນແມ່ນສະຫຼຸບໄດ້ຂ້າງລຸ່ມນີ້:

(1) ໂຄງສ້າງພື້ນຖານ
ໂຄງສ້າງ APD ທີ່ງ່າຍທີ່ສຸດແມ່ນອີງໃສ່ໂຟໂຕໄດໂອດ PIN, ພາກພື້ນ P ແລະ ພາກພື້ນ N ແມ່ນມີໂດບຫຼາຍ, ແລະ ພາກພື້ນປ້ອງກັນສອງເທົ່າປະເພດ N ຫຼື ປະເພດ P ແມ່ນຖືກນຳສະເໜີໃນພາກພື້ນ P ຫຼື ພາກພື້ນ N ທີ່ຢູ່ຕິດກັນເພື່ອສ້າງເອເລັກຕຣອນທີສອງ ແລະ ຄູ່ຮູ, ເພື່ອໃຫ້ຮັບຮູ້ການຂະຫຍາຍຂອງກະແສໄຟຟ້າໂຟໂຕຫຼັກ. ສຳລັບວັດສະດຸຊຸດ InP, ເນື່ອງຈາກສຳປະສິດໄອອອນໄນເຊຊັນກະທົບຮູໃຫຍ່ກວ່າສຳປະສິດໄອອອນໄນເຊຊັນກະທົບເອເລັກຕຣອນ, ພາກພື້ນເພີ່ມຂອງການໂດບປະເພດ N ມັກຈະຖືກວາງໄວ້ໃນພາກພື້ນ P. ໃນສະຖານະການທີ່ເໝາະສົມ, ມີພຽງຮູເທົ່ານັ້ນທີ່ຖືກສີດເຂົ້າໄປໃນພາກພື້ນເພີ່ມ, ສະນັ້ນໂຄງສ້າງນີ້ເອີ້ນວ່າໂຄງສ້າງສີດຮູ.

(2) ການດູດຊຶມ ແລະ ການເພີ່ມຂຶ້ນແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ
ເນື່ອງຈາກລັກສະນະຊ່ອງຫວ່າງແຖບກວ້າງຂອງ InP (InP ແມ່ນ 1.35 eV ແລະ InGaAs ແມ່ນ 0.75 eV), InP ມັກຈະຖືກໃຊ້ເປັນວັດສະດຸເຂດເພີ່ມ ແລະ InGaAs ເປັນວັດສະດຸເຂດດູດຊຶມ.

(3) ໂຄງສ້າງການດູດຊຶມ, ການປ່ຽນແປງ ແລະ ການເພີ່ມຂຶ້ນ (SAGM) ແມ່ນໄດ້ຖືກສະເໜີຕາມລຳດັບ
ໃນປະຈຸບັນ, ອຸປະກອນ APD ທາງການຄ້າສ່ວນໃຫຍ່ໃຊ້ວັດສະດຸ InP/InGaAs, InGaAs ເປັນຊັ້ນດູດຊຶມ, InP ພາຍໃຕ້ສະໜາມໄຟຟ້າສູງ (>5x105V/cm) ໂດຍບໍ່ມີການແຕກຫັກ, ສາມາດໃຊ້ເປັນວັດສະດຸເຂດເພີ່ມກຳລັງ. ສຳລັບວັດສະດຸນີ້, ການອອກແບບຂອງ APD ນີ້ແມ່ນວ່າຂະບວນການ avalanche ແມ່ນເກີດຂຶ້ນໃນ InP ປະເພດ N ໂດຍການປະທະກັນຂອງຮູ. ໂດຍພິຈາລະນາເຖິງຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ໃຫຍ່ຫຼວງໃນຊ່ອງຫວ່າງແຖບລະຫວ່າງ InP ແລະ InGaAs, ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງລະດັບພະລັງງານປະມານ 0.4 eV ໃນແຖບ valence ເຮັດໃຫ້ຮູທີ່ສ້າງຂຶ້ນໃນຊັ້ນດູດຊຶມ InGaAs ຖືກກີດຂວາງຢູ່ແຄມຂອງ heterojunction ກ່ອນທີ່ຈະຮອດຊັ້ນຕົວຄູນ InP ແລະຄວາມໄວຈະຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເວລາຕອບສະໜອງຍາວ ແລະ ແບນວິດແຄບຂອງ APD ນີ້. ບັນຫານີ້ສາມາດແກ້ໄຂໄດ້ໂດຍການເພີ່ມຊັ້ນການປ່ຽນແປງ InGaAsP ລະຫວ່າງສອງວັດສະດຸ.

(4) ໂຄງສ້າງການດູດຊຶມ, ການປ່ຽນແປງ, ປະຈຸ ແລະ ການເພີ່ມຂຶ້ນ (SAGCM) ໄດ້ຖືກສະເໜີຕາມລຳດັບ
ເພື່ອປັບປຸງການແຈກຢາຍສະໜາມໄຟຟ້າຂອງຊັ້ນດູດຊຶມ ແລະ ຊັ້ນເພີ່ມ, ຊັ້ນສາກໄຟຈະຖືກນຳເຂົ້າມາໃນການອອກແບບອຸປະກອນ, ເຊິ່ງຊ່ວຍປັບປຸງຄວາມໄວ ແລະ ການຕອບສະໜອງຂອງອຸປະກອນໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.

(5) ໂຄງສ້າງ SAGCM ທີ່ປັບປຸງດ້ວຍ Resonator (RCE)
ໃນການອອກແບບທີ່ດີທີ່ສຸດຂ້າງເທິງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແບບດັ້ງເດີມ, ພວກເຮົາຕ້ອງປະເຊີນກັບຄວາມຈິງທີ່ວ່າຄວາມໜາຂອງຊັ້ນດູດຊຶມແມ່ນປັດໄຈທີ່ຂັດແຍ້ງກັນສຳລັບຄວາມໄວຂອງອຸປະກອນ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງ quantum. ຄວາມໜາບາງໆຂອງຊັ້ນດູດຊຶມສາມາດຫຼຸດເວລາການຂົນສົ່ງຂອງຕົວນຳ, ສະນັ້ນຈຶ່ງສາມາດໄດ້ຮັບແບນວິດທີ່ໃຫຍ່. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນເວລາດຽວກັນ, ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ປະສິດທິພາບ quantum ທີ່ສູງຂຶ້ນ, ຊັ້ນດູດຊຶມຕ້ອງມີຄວາມໜາພຽງພໍ. ວິທີແກ້ໄຂບັນຫານີ້ສາມາດເປັນໂຄງສ້າງ resonant cavity (RCE), ນັ້ນຄື, ຕົວສະທ້ອນ Bragg ແບບກະຈາຍ (DBR) ຖືກອອກແບບຢູ່ດ້ານລຸ່ມ ແລະ ດ້ານເທິງຂອງອຸປະກອນ. ກະຈົກ DBR ປະກອບດ້ວຍວັດສະດຸສອງຊະນິດທີ່ມີດັດຊະນີການຫັກເຫຕ່ຳ ແລະ ດັດຊະນີການຫັກເຫສູງໃນໂຄງສ້າງ, ແລະ ທັງສອງຈະເຕີບໂຕສະຫຼັບກັນ, ແລະຄວາມໜາຂອງແຕ່ລະຊັ້ນຕອບສະໜອງຄວາມຍາວຄື້ນແສງທີ່ຕົກกระทบ 1/4 ໃນເຄິ່ງຕົວນຳ. ໂຄງສ້າງ resonator ຂອງເຄື່ອງກວດຈັບສາມາດຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການຄວາມໄວ, ຄວາມໜາຂອງຊັ້ນດູດຊຶມສາມາດເຮັດໃຫ້ບາງຫຼາຍ, ແລະ ປະສິດທິພາບ quantum ຂອງອີເລັກຕຣອນຈະເພີ່ມຂຶ້ນຫຼັງຈາກການສະທ້ອນຫຼາຍຄັ້ງ.

(6) ໂຄງສ້າງຄື້ນນຳທາງຄູ່ກັບຂອບ (WG-APD)
ອີກວິທີແກ້ໄຂໜຶ່ງເພື່ອແກ້ໄຂຄວາມຂັດແຍ້ງຂອງຜົນກະທົບທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງຄວາມໜາຂອງຊັ້ນດູດຊຶມຕໍ່ຄວາມໄວຂອງອຸປະກອນ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງ quantum ແມ່ນການແນະນຳໂຄງສ້າງຄື້ນນຳທາງທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບຂອບ. ໂຄງສ້າງນີ້ເຂົ້າສູ່ແສງຈາກດ້ານຂ້າງ, ເນື່ອງຈາກຊັ້ນດູດຊຶມຍາວຫຼາຍ, ມັນງ່າຍທີ່ຈະໄດ້ຮັບປະສິດທິພາບ quantum ສູງ, ແລະໃນເວລາດຽວກັນ, ຊັ້ນດູດຊຶມສາມາດເຮັດໃຫ້ບາງຫຼາຍ, ຫຼຸດຜ່ອນເວລາການຂົນສົ່ງຂອງພາຫະນະ. ດັ່ງນັ້ນ, ໂຄງສ້າງນີ້ແກ້ໄຂການເພິ່ງພາອາໄສທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງແບນວິດ ແລະ ປະສິດທິພາບຕໍ່ຄວາມໜາຂອງຊັ້ນດູດຊຶມ, ແລະ ຄາດວ່າຈະບັນລຸອັດຕາສູງ ແລະ ປະສິດທິພາບ quantum ສູງ APD. ຂະບວນການຂອງ WG-APD ແມ່ນງ່າຍກວ່າ RCE APD, ເຊິ່ງລົບລ້າງຂະບວນການກະກຽມທີ່ສັບສົນຂອງກະຈົກ DBR. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນເປັນໄປໄດ້ຫຼາຍກວ່າໃນພາກປະຕິບັດຕົວຈິງ ແລະ ເໝາະສົມສຳລັບການເຊື່ອມຕໍ່ທາງແສງແບບຮາບພຽງທົ່ວໄປ.

3. ສະຫຼຸບ
ການພັດທະນາຂອງຫິມະຖະຫຼົ່ມເຄື່ອງກວດຈັບແສງການທົບທວນວັດສະດຸ ແລະ ອຸປະກອນຕ່າງໆ. ອັດຕາການໄອອອນໄນເຊຊັນການປະທະກັນຂອງເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູຂອງວັດສະດຸ InP ແມ່ນໃກ້ຄຽງກັບ InAlAs, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ຂະບວນການຄູ່ຂອງສອງຊິມບິອອນພາຫະນະ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເວລາສ້າງຫິມະຖະຫຼົ່ມຍາວຂຶ້ນ ແລະ ສຽງລົບກວນເພີ່ມຂຶ້ນ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບວັດສະດຸ InAlAs ທີ່ບໍລິສຸດ, ໂຄງສ້າງບໍ່ quantum InGaAs (P) /InAlAs ແລະ In (Al) GaAs/InAlAs ມີອັດຕາສ່ວນຂອງສຳປະສິດໄອອອນໄນເຊຊັນການປະທະກັນທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ, ດັ່ງນັ້ນປະສິດທິພາບສຽງລົບກວນສາມາດປ່ຽນແປງໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ໃນດ້ານໂຄງສ້າງ, ໂຄງສ້າງ SAGCM ທີ່ເສີມດ້ວຍເຄື່ອງສະທ້ອນແສງ (RCE) ແລະ ໂຄງສ້າງຄື້ນນຳທາງຄູ່ຂອບ (WG-APD) ໄດ້ຖືກພັດທະນາຂຶ້ນເພື່ອແກ້ໄຂຄວາມຂັດແຍ້ງຂອງຜົນກະທົບທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງຄວາມໜາຂອງຊັ້ນດູດຊຶມຕໍ່ຄວາມໄວຂອງອຸປະກອນ ແລະ ປະສິດທິພາບ quantum. ເນື່ອງຈາກຄວາມສັບສົນຂອງຂະບວນການ, ການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຢ່າງເຕັມທີ່ຂອງໂຄງສ້າງສອງຢ່າງນີ້ຈຳເປັນຕ້ອງໄດ້ຮັບການສຳຫຼວດຕື່ມອີກ.