หลักการและสถานการณ์ปัจจุบันของเครื่องตรวจจับภาพหิมะถล่ม (เครื่องตรวจจับแสง APD) ส่วนที่สอง
2.2 โครงสร้างชิป APD
โครงสร้างชิปที่เหมาะสมคือการรับประกันพื้นฐานของอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูงการออกแบบโครงสร้างของ APD ส่วนใหญ่จะพิจารณาค่าคงที่เวลา RC, การจับรูที่ทางแยกเฮเทอโร, เวลาการขนส่งของผู้ให้บริการผ่านบริเวณพร่องและอื่น ๆการพัฒนาโครงสร้างสรุปได้ดังนี้:
(1) โครงสร้างพื้นฐาน
โครงสร้าง APD ที่ง่ายที่สุดนั้นมีพื้นฐานมาจากโฟโตไดโอด PIN ส่วนบริเวณ P และบริเวณ N นั้นมีการเจืออย่างหนัก และบริเวณชนิด N-type หรือ P-type ที่ขับไล่ได้สองเท่านั้นถูกนำมาใช้ในบริเวณ P หรือบริเวณ N ที่อยู่ติดกันเพื่อสร้างอิเล็กตรอนและรูทุติยภูมิ คู่เพื่อที่จะตระหนักถึงการขยายของโฟโตปัจจุบันหลักสำหรับวัสดุซีรีส์ InP เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์ไอออไนเซชันของการกระแทกของรูมีค่ามากกว่าค่าสัมประสิทธิ์ไอออไนเซชันของการกระแทกของอิเล็กตรอน พื้นที่ได้รับของการเติมชนิด N มักจะถูกวางไว้ในภูมิภาค Pในสถานการณ์ที่เหมาะสม เฉพาะรูเท่านั้นที่ถูกฉีดเข้าไปในบริเวณเกน ดังนั้นโครงสร้างนี้จึงเรียกว่าโครงสร้างแบบรูฉีด
(2) การดูดซึมและกำไรมีความโดดเด่น
เนื่องจากคุณลักษณะช่องว่างแถบความถี่กว้างของ InP (InP คือ 1.35eV และ InGaAs คือ 0.75eV) โดยปกติแล้ว InP จะถูกใช้เป็นวัสดุโซนเกนและ InGaAs เป็นวัสดุโซนดูดซับ
(3) มีการเสนอโครงสร้างการดูดซับ การไล่ระดับสี และอัตราขยาย (SAGM) ตามลำดับ
ในปัจจุบัน อุปกรณ์ APD เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้วัสดุ InP/InGaAs, InGaAs เป็นชั้นการดูดกลืนแสง, InP ภายใต้สนามไฟฟ้าสูง (>5x105V/cm) โดยไม่มีการแยกส่วน สามารถใช้เป็นวัสดุโซนเกนได้สำหรับวัสดุนี้ การออกแบบ APD นี้คือกระบวนการหิมะถล่มเกิดขึ้นใน InP ชนิด N โดยการชนกันของรูเมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างอย่างมากในช่องว่างแถบระหว่าง InP และ InGaAs ระดับพลังงานที่แตกต่างกันประมาณ 0.4eV ในแถบวาเลนซ์ทำให้รูที่สร้างขึ้นในชั้นการดูดกลืนแสง InGaAs ถูกกีดขวางที่ขอบเฮเทอโรจังก์ชั่นก่อนที่จะถึงชั้นตัวคูณ InP และความเร็วนั้นอย่างมาก ลดลงส่งผลให้เวลาตอบสนองนานและแบนด์วิธที่แคบของ APD นี้ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มเลเยอร์การเปลี่ยนแปลง InGaAsP ระหว่างวัสดุทั้งสอง
(4) มีการเสนอโครงสร้างการดูดซับ การไล่ระดับสี ประจุ และอัตราขยาย (SAGCM) ตามลำดับ
เพื่อปรับการกระจายสนามไฟฟ้าของชั้นการดูดซับและชั้นเกนเพิ่มเติม ชั้นประจุจึงถูกนำมาใช้ในการออกแบบอุปกรณ์ ซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วและการตอบสนองของอุปกรณ์ได้อย่างมาก
(5) โครงสร้าง SAGCM ที่ปรับปรุงด้วยเรโซเนเตอร์ (RCE)
ในการออกแบบเครื่องตรวจจับแบบดั้งเดิมที่เหมาะสมที่สุดข้างต้น เราต้องเผชิญกับความจริงที่ว่าความหนาของชั้นการดูดซับเป็นปัจจัยที่ขัดแย้งกันสำหรับความเร็วของอุปกรณ์และประสิทธิภาพควอนตัมความหนาบางของชั้นดูดซับสามารถลดเวลาการขนส่งของผู้ให้บริการได้ ดังนั้นจึงสามารถรับแบนด์วิธขนาดใหญ่ได้อย่างไรก็ตาม ในเวลาเดียวกัน เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพควอนตัมที่สูงขึ้น ชั้นการดูดซับจำเป็นต้องมีความหนาเพียงพอวิธีแก้ไขปัญหานี้อาจเป็นโครงสร้างช่องเรโซแนนซ์ (RCE) กล่าวคือ ตัวสะท้อนแสง Bragg แบบกระจาย (DBR) ได้รับการออกแบบที่ด้านล่างและด้านบนของอุปกรณ์กระจก DBR ประกอบด้วยวัสดุสองประเภทที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำและดัชนีการหักเหของแสงสูงในโครงสร้าง และทั้งสองชนิดจะเติบโตสลับกัน และความหนาของแต่ละชั้นจะตรงกับความยาวคลื่นแสงตกกระทบ 1/4 ในเซมิคอนดักเตอร์โครงสร้างเรโซเนเตอร์ของเครื่องตรวจจับสามารถตอบสนองความต้องการความเร็ว ความหนาของชั้นการดูดซับสามารถทำให้บางมาก และประสิทธิภาพควอนตัมของอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นหลังจากการสะท้อนกลับหลายครั้ง
(6) โครงสร้างท่อนำคลื่นแบบ Edge-Couple (WG-APD)
วิธีแก้ปัญหาอีกวิธีหนึ่งในการแก้ปัญหาความขัดแย้งของผลกระทบที่แตกต่างกันของความหนาของชั้นการดูดซับต่อความเร็วของอุปกรณ์และประสิทธิภาพควอนตัมคือการแนะนำโครงสร้างท่อนำคลื่นแบบควบคู่กับขอบโครงสร้างนี้เข้าสู่แสงจากด้านข้าง เนื่องจากชั้นการดูดซับมีความยาวมาก จึงง่ายต่อการได้รับประสิทธิภาพควอนตัมสูง และในขณะเดียวกัน ชั้นการดูดซับก็สามารถทำให้บางมากได้ ซึ่งช่วยลดเวลาการขนส่งของพาหะดังนั้น โครงสร้างนี้จะแก้ปัญหาการพึ่งพาแบนด์วิดท์และประสิทธิภาพที่แตกต่างกันกับความหนาของชั้นการดูดซับ และคาดว่าจะได้รับ APD ที่มีอัตราสูงและประสิทธิภาพควอนตัมสูงกระบวนการของ WG-APD นั้นง่ายกว่ากระบวนการของ RCE APD ซึ่งช่วยลดขั้นตอนการเตรียมที่ซับซ้อนของมิเรอร์ DBRดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้มากกว่าในทางปฏิบัติและเหมาะสำหรับการเชื่อมต่อแบบออปติกของระนาบทั่วไป
3. บทสรุป
การพัฒนาหิมะถล่มเครื่องตรวจจับแสงมีการตรวจสอบวัสดุและอุปกรณ์อัตราการไอออไนเซชันของการชนกันของอิเล็กตรอนและรูของวัสดุ InP ใกล้เคียงกับของ InAlAs ซึ่งนำไปสู่กระบวนการสองเท่าของซิมเบียนตัวพาทั้งสอง ซึ่งทำให้เวลาในการสร้างหิมะถล่มนานขึ้นและเสียงก็ดังขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุ InAlAs บริสุทธิ์ โครงสร้างหลุมควอนตัม InGaAs (P) /InAlAs และ In (Al) GaAs/InAlAs มีอัตราส่วนที่เพิ่มขึ้นของสัมประสิทธิ์ไอออไนเซชันการชน ดังนั้นประสิทธิภาพของเสียงจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากในแง่ของโครงสร้าง โครงสร้าง SAGCM ที่ปรับปรุงด้วยเรโซเนเตอร์ (RCE) และโครงสร้างท่อนำคลื่นแบบ Edge-Couple (WG-APD) ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ปัญหาความขัดแย้งของผลกระทบต่างๆ ของความหนาของชั้นการดูดซับที่มีต่อความเร็วของอุปกรณ์และประสิทธิภาพควอนตัมเนื่องจากความซับซ้อนของกระบวนการ จึงจำเป็นต้องมีการสำรวจการใช้งานจริงของโครงสร้างทั้งสองนี้เพิ่มเติม
เวลาโพสต์: 14 พ.ย.-2023