ຫຼັກການແລະສະຖານະການໃນປະຈຸບັນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບພາບຫິມະ avalanche (ເຄື່ອງກວດຈັບພາບ APD) ພາກທີ 2
2.2 ໂຄງສ້າງຊິບ APD
ໂຄງສ້າງຊິບທີ່ສົມເຫດສົມຜົນແມ່ນການຮັບປະກັນພື້ນຖານຂອງອຸປະກອນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ.ການອອກແບບໂຄງສ້າງຂອງ APD ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນພິຈາລະນາເວລາຄົງທີ່ຂອງ RC, ການຈັບຮູຢູ່ heterojunction, ເວລາຜ່ານການຂົນສົ່ງຜ່ານພາກພື້ນ depletion ແລະອື່ນໆ.ການພັດທະນາໂຄງສ້າງຂອງມັນໄດ້ຖືກສະຫຼຸບຂ້າງລຸ່ມນີ້:
(1) ໂຄງສ້າງພື້ນຖານ
ໂຄງສ້າງ APD ທີ່ງ່າຍດາຍທີ່ສຸດແມ່ນອີງໃສ່ PIN photodiode, ພາກພື້ນ P ແລະພາກພື້ນ N ໄດ້ຖືກ doped ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແລະເຂດ N-type ຫຼື P-type-repellant doublely-repellant ໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີໃນພາກພື້ນ P ທີ່ຕິດກັນຫຼືພາກພື້ນ N ເພື່ອສ້າງເອເລັກໂຕຣນິກຮອງແລະຂຸມ. ຄູ່, ເພື່ອຮັບຮູ້ການຂະຫຍາຍຂອງ photocurrent ຕົ້ນຕໍ.ສໍາລັບວັດສະດຸຊຸດ InP, ເນື່ອງຈາກວ່າຄ່າສໍາປະສິດ ionization ຜົນກະທົບຂອງຂຸມແມ່ນຫຼາຍກ່ວາຄ່າສໍາປະສິດ ionization ຜົນກະທົບຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ, ພາກພື້ນທີ່ໄດ້ຮັບຂອງ doping N-type ປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນຖືກຈັດໃສ່ໃນພາກພື້ນ P.ໃນສະຖານະການທີ່ເຫມາະສົມ, ມີພຽງແຕ່ຂຸມທີ່ຖືກສີດເຂົ້າໄປໃນພາກພື້ນທີ່ໄດ້ຮັບ, ດັ່ງນັ້ນໂຄງສ້າງນີ້ເອີ້ນວ່າໂຄງສ້າງທີ່ມີຮູ.
(2) ການດູດຊຶມແລະການໄດ້ຮັບແມ່ນຈໍາແນກ
ເນື່ອງຈາກລັກສະນະຊ່ອງຫວ່າງກວ້າງຂອງ InP (InP ແມ່ນ 1.35eV ແລະ InGaAs ແມ່ນ 0.75eV), InP ມັກຈະຖືກນໍາໃຊ້ເປັນວັດສະດຸເຂດການດູດຊຶມແລະ InGaAs ເປັນວັດສະດຸເຂດດູດຊຶມ.
(3) ໂຄງສ້າງການດູດຊຶມ, gradient ແລະການໄດ້ຮັບ (SAGM) ຖືກສະເຫນີຕາມລໍາດັບ
ໃນປັດຈຸບັນ, ອຸປະກອນ APD ການຄ້າສ່ວນໃຫຍ່ໃຊ້ວັດສະດຸ InP/InGaAs, InGaAs ເປັນຊັ້ນດູດຊຶມ, InP ພາຍໃຕ້ສະຫນາມໄຟຟ້າສູງ (> 5x105V / cm) ໂດຍບໍ່ມີການທໍາລາຍ, ສາມາດນໍາໃຊ້ເປັນວັດສະດຸເຂດຮັບໄດ້.ສໍາລັບອຸປະກອນການນີ້, ການອອກແບບຂອງ APD ນີ້ແມ່ນວ່າຂະບວນການ avalanche ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໃນ N-type InP ໂດຍການ collision ຂອງຮູ.ພິຈາລະນາຄວາມແຕກຕ່າງຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນຊ່ອງຫວ່າງຂອງແຖບລະຫວ່າງ InP ແລະ InGaAs, ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງລະດັບພະລັງງານປະມານ 0.4eV ໃນແຖບ valence ເຮັດໃຫ້ຮູທີ່ຜະລິດຢູ່ໃນຊັ້ນດູດຊຶມ InGaAs ຂັດຂວາງຢູ່ຂອບ heterojunction ກ່ອນທີ່ຈະເຖິງຊັ້ນຕົວຄູນ InP ແລະຄວາມໄວແມ່ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຫຼຸດລົງ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ເວລາຕອບສະຫນອງຍາວແລະແບນວິດແຄບຂອງ APD ນີ້.ບັນຫານີ້ສາມາດແກ້ໄຂໄດ້ໂດຍການເພີ່ມຊັ້ນການປ່ຽນ InGaAsP ລະຫວ່າງສອງວັດສະດຸ.
(4) ໂຄງສ້າງການດູດຊຶມ, gradient, ຮັບຜິດຊອບແລະການໄດ້ຮັບ (SAGCM) ໄດ້ຖືກສະເຫນີຕາມລໍາດັບ.
ເພື່ອປັບການແຜ່ກະຈາຍຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າຕື່ມອີກຂອງຊັ້ນດູດຊຶມແລະຊັ້ນຮັບ, ຊັ້ນຮັບຜິດຊອບໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີເຂົ້າໃນການອອກແບບອຸປະກອນ, ເຊິ່ງຊ່ວຍປັບປຸງຄວາມໄວແລະການຕອບສະຫນອງຂອງອຸປະກອນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.
(5) Resonator ປັບປຸງ (RCE) ໂຄງສ້າງ SAGCM
ໃນການອອກແບບທີ່ດີທີ່ສຸດຂ້າງເທິງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແບບດັ້ງເດີມ, ພວກເຮົາຕ້ອງປະເຊີນກັບຄວາມຈິງທີ່ວ່າຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນດູດຊຶມແມ່ນປັດໃຈທີ່ກົງກັນຂ້າມກັບຄວາມໄວຂອງອຸປະກອນແລະປະສິດທິພາບຂອງ quantum.ຄວາມຫນາບາງໆຂອງຊັ້ນດູດຊຶມສາມາດຫຼຸດຜ່ອນເວລາການຂົນສົ່ງຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ, ດັ່ງນັ້ນສາມາດໄດ້ຮັບແບນວິດຂະຫນາດໃຫຍ່.ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນເວລາດຽວກັນ, ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮັບປະສິດທິພາບ quantum ສູງຂຶ້ນ, ຊັ້ນການດູດຊຶມຈໍາເປັນຕ້ອງມີຄວາມຫນາພຽງພໍ.ການແກ້ໄຂບັນຫານີ້ສາມາດເປັນໂຄງສ້າງຢູ່ຕາມໂກນ resonant (RCE), ນັ້ນແມ່ນ, Bragg Reflector (DBR) ທີ່ແຈກຢາຍໄດ້ຖືກອອກແບບຢູ່ດ້ານລຸ່ມແລະເທິງຂອງອຸປະກອນ.ກະຈົກ DBR ປະກອບດ້ວຍສອງປະເພດຂອງວັດສະດຸທີ່ມີດັດຊະນີ refractive ຕ່ໍາແລະດັດຊະນີ refractive ສູງໃນໂຄງສ້າງ, ແລະທັງສອງຈະເລີນເຕີບໂຕສະລັບກັນ, ແລະຄວາມຫນາຂອງແຕ່ລະຊັ້ນໄດ້ພົບກັບຄື້ນຟອງແສງສະຫວ່າງເຫດການ 1/4 ໃນ semiconductor.ໂຄງສ້າງ resonator ຂອງເຄື່ອງກວດຈັບສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຄວາມໄວ, ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນການດູດຊຶມສາມາດເຮັດໃຫ້ບາງຫຼາຍ, ແລະປະສິດທິພາບ quantum ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນເພີ່ມຂຶ້ນຫຼັງຈາກການສະທ້ອນຫຼາຍ.
(6) ໂຄງປະກອບການ waveguide ຂອບຄູ່ (WG-APD)
ການແກ້ໄຂອີກປະການຫນຶ່ງເພື່ອແກ້ໄຂຄວາມຂັດແຍ້ງຂອງຜົນກະທົບທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນການດູດຊຶມກ່ຽວກັບຄວາມໄວອຸປະກອນແລະປະສິດທິພາບ quantum ແມ່ນການແນະນໍາໂຄງສ້າງ waveguide edge-coupled.ໂຄງສ້າງນີ້ເຂົ້າໄປໃນແສງສະຫວ່າງຈາກດ້ານຂ້າງ, ເນື່ອງຈາກວ່າຊັ້ນການດູດຊຶມແມ່ນຍາວຫຼາຍ, ມັນງ່າຍທີ່ຈະໄດ້ຮັບປະສິດທິພາບ quantum ສູງ, ແລະໃນເວລາດຽວກັນ, ຊັ້ນການດູດຊຶມສາມາດເຮັດໃຫ້ບາງຫຼາຍ, ຫຼຸດຜ່ອນເວລາການຂົນສົ່ງຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ.ດັ່ງນັ້ນ, ໂຄງສ້າງນີ້ແກ້ໄຂບັນຫາການເພິ່ງພາອາໄສທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງແບນວິດແລະປະສິດທິພາບກ່ຽວກັບຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນດູດຊຶມ, ແລະຄາດວ່າຈະບັນລຸອັດຕາສູງແລະປະສິດທິພາບ quantum ສູງ APD.ຂະບວນການຂອງ WG-APD ແມ່ນງ່າຍດາຍກວ່າຂອງ RCE APD, ເຊິ່ງກໍາຈັດຂະບວນການກະກຽມທີ່ສັບສົນຂອງ DBR mirror.ດັ່ງນັ້ນ, ມັນເປັນໄປໄດ້ຫຼາຍກວ່າໃນພາກປະຕິບັດແລະເຫມາະສົມສໍາລັບການເຊື່ອມຕໍ່ optical ຍົນທົ່ວໄປ.
3. ບົດສະຫຼຸບ
ການພັດທະນາຂອງ avalanche ໄດ້ເຄື່ອງກວດຈັບພາບອຸປະກອນແລະອຸປະກອນໄດ້ຖືກທົບທວນຄືນ.ອັດຕາການ ionization ຂອງ electron ແລະ hole collision ຂອງວັດສະດຸ InP ແມ່ນຢູ່ໃກ້ກັບ InAlAs, ເຊິ່ງນໍາໄປສູ່ຂະບວນການສອງເທົ່າຂອງສອງ symbions ຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເວລາການກໍ່ສ້າງຂອງ avalanche ຍາວກວ່າແລະສິ່ງລົບກວນເພີ່ມຂຶ້ນ.ເມື່ອປຽບທຽບກັບວັດສະດຸ InAlAs ທີ່ບໍລິສຸດ, InGaAs (P) / InAlAs ແລະ In (Al) GaAs / InAlAs ໂຄງສ້າງດີ quantum ມີອັດຕາສ່ວນເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄ່າສໍາປະສິດ ionization collision, ດັ່ງນັ້ນການປະຕິບັດສິ່ງລົບກວນສາມາດມີການປ່ຽນແປງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.ໃນແງ່ຂອງໂຄງສ້າງ, ໂຄງສ້າງ SAGCM ທີ່ປັບປຸງດ້ວຍ resonator (RCE) SAGCM ແລະໂຄງສ້າງ waveguide edge-coupled (WG-APD) ໄດ້ຖືກພັດທະນາເພື່ອແກ້ໄຂຄວາມຂັດແຍ້ງຂອງຜົນກະທົບທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນດູດຊຶມກ່ຽວກັບຄວາມໄວອຸປະກອນແລະປະສິດທິພາບ quantum.ເນື່ອງຈາກຄວາມສັບສົນຂອງຂະບວນການ, ການປະຕິບັດຢ່າງເຕັມທີ່ຂອງໂຄງສ້າງທັງສອງນີ້ຕ້ອງໄດ້ຮັບການຄົ້ນຫາຕື່ມອີກ.
ເວລາປະກາດ: 14-11-2023