Принсип ва вазъи кунунии онфотодетектори тарма (Фотодетектори APD) Қисми дуюм
2.2 Сохтори чипи APD
Сохтори оқилонаи чип кафолати асосии дастгоҳҳои баландсифат мебошад. Тарҳи сохтории APD асосан доимии вақти RC, забти сӯрохиҳо дар гетерогузариш, вақти интиқоли интиқолдиҳанда тавассути минтақаи камшавӣ ва ғайраро ба назар мегирад. Рушди сохтори он дар зер ҷамъбаст шудааст:
(1) Сохтори асосӣ
Сохтори соддатарини APD ба фотодиоди PIN асос ёфтааст, минтақаи P ва минтақаи N ба таври назаррас легир карда шудаанд ва минтақаи дукарата дафъкунандаи навъи N ё навъи P дар минтақаи ҳамшафати P ё минтақаи N ворид карда мешавад, то электронҳои дуюмдараҷа ва ҷуфтҳои сӯрохиро тавлид кунад, то тақвияти фотоҷараёни аввалия амалӣ карда шавад. Барои маводҳои силсилаи InP, азбаски коэффитсиенти ионизатсияи сӯрохиҳо аз коэффитсиенти ионизатсияи электронҳо зиёдтар аст, минтақаи афзоиши легиркунии навъи N одатан дар минтақаи P ҷойгир карда мешавад. Дар ҳолати беҳтарин, танҳо сӯрохиҳо ба минтақаи афзоиши легир ворид карда мешаванд, аз ин рӯ ин сохтор сохтори бо сӯрохи воридшуда номида мешавад.
(2) Ҷаббиш ва афзоиш фарқ карда мешаванд
Аз сабаби хусусиятҳои фосилаи васеи бандҳои InP (InP 1.35 эВ ва InGaAs 0.75 эВ аст), InP одатан ҳамчун маводи минтақаи тақвият ва InGaAs ҳамчун маводи минтақаи ҷаббида истифода мешавад.
(3) Сохторҳои ҷаббидашавӣ, градиентӣ ва афзоиш (SAGM) мутаносибан пешниҳод карда мешаванд.
Дар айни замон, аксари дастгоҳҳои тиҷоратии APD аз маводи InP/InGaAs истифода мебаранд, ки InGaAs ҳамчун қабати ҷаббида, InP дар зери майдони баланди электрикӣ (>5x105V/cm) бе вайроншавӣ, метавонад ҳамчун маводи минтақаи тақвият истифода шавад. Барои ин мавод, тарҳи ин APD дар он аст, ки раванди тарма дар InP-и навъи N тавассути бархӯрди сӯрохиҳо ба вуҷуд меояд. Бо назардошти фарқияти калон дар фосилаи банд байни InP ва InGaAs, фарқияти сатҳи энергия тақрибан 0.4eV дар банди валентӣ боиси он мегардад, ки сӯрохиҳои дар қабати ҷаббидашудаи InGaAs ба вуҷуд омада пеш аз расидан ба қабати зарбкунандаи InP дар канори гетерогузариш баста шаванд ва суръат хеле коҳиш меёбад, ки дар натиҷа вақти тӯлонии посух ва паҳнои танг дар ин APD ба вуҷуд меояд. Ин мушкилотро бо илова кардани қабати гузариши InGaAsP байни ду мавод ҳал кардан мумкин аст.
(4) Сохторҳои ҷаббидашавӣ, градиентӣ, заряднокӣ ва афзоиш (SAGCM) мутаносибан пешниҳод карда мешаванд.
Барои танзими минбаъдаи тақсимоти майдони электрикии қабати ҷаббида ва қабати тақвият, қабати заряд ба тарҳи дастгоҳ ворид карда мешавад, ки суръат ва вокуниши дастгоҳро ба таври назаррас беҳтар мекунад.
(5) Сохтори SAGCM бо такмилёфтаи резонатор (RCE)
Дар тарҳрезии оптималии детекторҳои анъанавии дар боло зикршуда, мо бояд бо он далел рӯ ба рӯ шавем, ки ғафсии қабати ҷаббиш омили мухолиф барои суръати дастгоҳ ва самаранокии квантӣ мебошад. Ғафсии тунуки қабати ҷаббиш метавонад вақти интиқоли интиқолдиҳандаро кам кунад, аз ин рӯ паҳнои банди калон ба даст оварда мешавад. Аммо, дар айни замон, барои ба даст овардани самаранокии баланди квантӣ, қабати ҷаббиш бояд ғафсии кофӣ дошта бошад. Ҳалли ин мушкилот метавонад сохтори ковокии резонансӣ (RCE) бошад, яъне инъикоскунандаи тақсимшудаи Bragg (DBR) дар поён ва болои дастгоҳ тарҳрезӣ шудааст. Оинаи DBR аз ду намуди мавод бо нишондиҳандаи шикасти паст ва нишондиҳандаи шикасти баланд дар сохтор иборат аст ва ин ду навбатӣ мерӯянд ва ғафсии ҳар як қабат ба дарозии мавҷи нури афтанда 1/4 дар нимноқил мувофиқат мекунад. Сохтори резонатории детектор метавонад ба талаботи суръат ҷавобгӯ бошад, ғафсии қабати ҷаббишро хеле тунук кардан мумкин аст ва самаранокии квантии электрон пас аз якчанд инъикос зиёд мешавад.
(6) Сохтори мавҷгири бо канор пайвастшуда (WG-APD)
Роҳи дигари ҳалли зиддияти таъсири гуногуни ғафсии қабати ҷаббиш ба суръати дастгоҳ ва самаранокии квантӣ ҷорӣ кардани сохтори мавҷгири канорӣ мебошад. Ин сохтор аз паҳлӯ ба рӯшноӣ ворид мешавад, зеро қабати ҷаббиш хеле дароз аст, ба даст овардани самаранокии баланди квантӣ осон аст ва дар айни замон, қабати ҷаббишро хеле тунук кардан мумкин аст, ки вақти интиқоли интиқолдиҳандаро кам мекунад. Аз ин рӯ, ин сохтор вобастагии гуногуни паҳнои банд ва самаранокиро аз ғафсии қабати ҷаббиш ҳал мекунад ва интизор меравад, ки ба APD суръати баланд ва самаранокии баланди квантӣ ноил гардад. Раванди WG-APD нисбат ба APD RCE соддатар аст, ки раванди мураккаби омодасозии оинаи DBR-ро аз байн мебарад. Аз ин рӯ, он дар соҳаи амалӣ бештар имконпазир аст ва барои пайвасти оптикии ҳамвории умумӣ мувофиқ аст.
3. Хулоса
Рушди тармафотодетектормаводҳо ва дастгоҳҳо баррасӣ мешаванд. Суръати ионизатсияи бархӯрди электронҳо ва сӯрохиҳои маводҳои InP ба суръати InAlAs наздик аст, ки боиси раванди дугонаи ду симбиони интиқолдиҳанда мегардад, ки вақти ташаккули тармаро дарозтар мекунад ва садоро зиёд мекунад. Дар муқоиса бо маводҳои холиси InAlAs, сохторҳои чоҳи квантии InGaAs (P) /InAlAs ва In (Al) GaAs / InAlAs нисбати коэффисиентҳои ионизатсияи бархӯрд доранд, аз ин рӯ самаранокии садоро метавон ба таври назаррас тағйир дод. Аз ҷиҳати сохтор, сохтори SAGCM бо тақвияти резонатор (RCE) ва сохтори мавҷгири канорӣ (WG-APD) бо мақсади ҳалли зиддиятҳои таъсири гуногуни ғафсии қабати ҷаббида ба суръати дастгоҳ ва самаранокии квантӣ таҳия карда шудаанд. Аз сабаби мураккабии раванд, татбиқи пурраи амалии ин ду сохтор бояд минбаъд омӯхта шавад.
Вақти нашр: 14 ноябри соли 2023