قار كۆچۈش فوتودېتېكتورىنىڭ (APD فوتودېتېكتورى) پىرىنسىپى ۋە ھازىرقى ئەھۋالى ئىككىنچى بۆلۈم

پرىنسىپى ۋە ھازىرقى ئەھۋالىقار كۆچۈش فوتودېتېكتورى (APD فوتودېتېكتورى) ئىككىنچى بۆلۈم

2.2 APD چىپ قۇرۇلمىسى
مۇۋاپىق چىپ قۇرۇلمىسى يۇقىرى ئىقتىدارلىق ئۈسكۈنىلەرنىڭ ئاساسىي كاپالىتى. APD نىڭ قۇرۇلما لايىھىسى ئاساسلىقى RC ۋاقىت تۇراقلىقى، گېتېرو تۇتاشتۇرۇش نۇقتىسىدىكى تۆشۈكنى تۇتۇش، توشۇغۇچىنىڭ تۈگىشىش رايونىدىن ئۆتۈش ۋاقتى قاتارلىقلارنى ئويلىشىدۇ. ئۇنىڭ قۇرۇلمىسىنىڭ تەرەققىياتى تۆۋەندىكىدەك قىسقىچە بايان قىلىنىدۇ:

(1) ئاساسىي قۇرۇلما
ئەڭ ئاددىي APD قۇرۇلمىسى PIN فوتودىئودقا ئاساسلانغان بولۇپ، P رايونى ۋە N رايونى كۈچلۈك قوشۇلغان، ھەمدە قوشنا P رايونى ياكى N رايونىغا N تىپلىق ياكى P تىپلىق قوش قوغلىغۇچ رايون كىرگۈزۈلۈپ، ئىككىنچى دەرىجىلىك ئېلېكترون ۋە تۆشۈك جۈپلىرىنى ھاسىل قىلىپ، دەسلەپكى فوتو توكنىڭ كۈچەيتىلىشىنى ئەمەلگە ئاشۇرىدۇ. InP يۈرۈشلۈك ماتېرىياللىرى ئۈچۈن، تۆشۈك سوقۇلۇش ئىئونلىشىش كوئېففىتسېنتى ئېلېكترون سوقۇلۇش ئىئونلىشىش كوئېففىتسېنتىدىن چوڭ بولغاچقا، N تىپلىق قوشلاشنىڭ كۈچەيتىش رايونى ئادەتتە P رايونىغا قويۇلىدۇ. ئەڭ ياخشى ئەھۋالدا، كۈچەيتىش رايونىغا پەقەت تۆشۈكلەرلا كىرگۈزۈلىدۇ، شۇڭا بۇ قۇرۇلما تۆشۈك-ئوقۇلغان قۇرۇلما دەپ ئاتىلىدۇ.

(2) سۈمۈرۈلۈش ۋە ئاشۇرۇش پەرقلىنىدۇ
InP نىڭ كەڭ بەلۋاغ بوشلۇقى خۇسۇسىيىتى (InP 1.35eV، InGaAs 0.75eV) سەۋەبىدىن، InP ئادەتتە كۈچەيتىش رايونى ماتېرىيالى، InGaAs بولسا يۇتۇش رايونى ماتېرىيالى سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ.

(3) يۇتۇلۇش، گرادىيېنت ۋە ئېشىش (SAGM) قۇرۇلمىلىرى ئايرىم-ئايرىم ھالدا تەۋسىيە قىلىنىدۇ.
ھازىر، كۆپىنچە سودا APD ئۈسكۈنىلىرى InP/InGaAs ماتېرىيالىنى ئىشلىتىدۇ، InGaAs يۇتۇش قەۋىتى سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ، يۇقىرى ئېلېكتر مەيدانى (>5x105V/cm) ئاستىدا InP پارچىلىنىپ كەتمەيدۇ، كۈچەيتىش رايونى ماتېرىيالى سۈپىتىدە ئىشلىتىشكە بولىدۇ. بۇ ماتېرىيال ئۈچۈن، بۇ APD نىڭ لايىھىسى شۇكى، قار كۆچۈش جەريانى N تىپلىق InP دا تۆشۈكلەرنىڭ سوقۇلۇشى ئارقىلىق شەكىللىنىدۇ. InP بىلەن InGaAs ئوتتۇرىسىدىكى بەلۋاغ بوشلۇقىدىكى چوڭ پەرقنى ئويلاشقاندا، ۋالېنسىيە بەلبېغىدىكى تەخمىنەن 0.4eV ئېنېرگىيە سەۋىيىسى پەرقى InGaAs يۇتۇش قەۋىتىدە ھاسىل بولغان تۆشۈكلەرنىڭ InP كۆپەيتكۈچ قەۋىتىگە يېتىشتىن بۇرۇن ھېتېرو تۇتاشتۇرۇش گىرۋىكىدە توسۇلۇپ قېلىشىغا سەۋەب بولىدۇ، ھەمدە سۈرئەت زور دەرىجىدە تۆۋەنلەيدۇ، بۇنىڭ نەتىجىسىدە بۇ APD نىڭ ئىنكاس ۋاقتى ئۇزۇن ۋە تار بەلباغ كەڭلىكى پەيدا بولىدۇ. بۇ مەسىلىنى ئىككى ماتېرىيالنىڭ ئارىسىغا InGaAsP ئۆتكۈنچى قەۋىتى قوشۇش ئارقىلىق ھەل قىلغىلى بولىدۇ.

(4) يۇتۇلۇش، گرادىيېنت، زەرەت ۋە ئاشۇرۇش (SAGCM) قۇرۇلمىلىرى ئايرىم-ئايرىم ھالدا تەۋسىيە قىلىنىدۇ.
يۇتۇش قەۋىتى ۋە كۈچەيتىش قەۋىتىنىڭ ئېلېكتر مەيدانى تەقسىملىنىشىنى تېخىمۇ تەڭشەش ئۈچۈن، ئۈسكۈنە لايىھىسىگە زەرەتلەش قەۋىتى كىرگۈزۈلۈپ، ئۈسكۈنە سۈرئىتى ۋە ئىنكاس قايتۇرۇشچانلىقى زور دەرىجىدە ياخشىلىنىدۇ.

(5) رېزوناتور كۈچەيتىلگەن (RCE) SAGCM قۇرۇلمىسى
يۇقىرىدىكى ئەنئەنىۋى دېتېكتورلارنىڭ ئەڭ ياخشى لايىھەسىدە، بىز يۇتۇش قەۋىتىنىڭ قېلىنلىقىنىڭ ئۈسكۈنە سۈرئىتى ۋە كۋانت ئۈنۈمىگە زىددىيەتلىك ئامىل ئىكەنلىكىنى قوبۇل قىلىشىمىز كېرەك. يۇتۇش قەۋىتىنىڭ نېپىز قېلىنلىقى توشۇغۇچىنىڭ ئۆتۈش ۋاقتىنى قىسقارتىشى مۇمكىن، شۇڭا چوڭ بەلباغ كەڭلىكىگە ئېرىشكىلى بولىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا، يۇقىرى كۋانت ئۈنۈمىگە ئېرىشىش ئۈچۈن، يۇتۇش قەۋىتىنىڭ يېتەرلىك قېلىنلىقى بولۇشى كېرەك. بۇ مەسىلىنىڭ ھەل قىلىش چارىسى رېزونانس بوشلۇقى (RCE) قۇرۇلمىسى بولۇشى مۇمكىن، يەنى تارقاقلاشتۇرۇلغان براگ رېفلېكتورى (DBR) ئۈسكۈنىنىڭ ئاستى ۋە ئۈستى قىسمىغا لايىھەلەنگەن. DBR ئەينىكى قۇرۇلمىسى تۆۋەن سىنىش كۆرسەتكۈچى ۋە يۇقىرى سىنىش كۆرسەتكۈچىگە ئىگە ئىككى خىل ماتېرىيالدىن تەركىب تاپقان بولۇپ، ئىككىسى نۆۋەت بىلەن ئۆسىدۇ، ھەر بىر قەۋەتنىڭ قېلىنلىقى يېرىم ئۆتكۈزگۈچتىكى چۈشكەن نۇرنىڭ دولقۇن ئۇزۇنلۇقىنىڭ 1/4 قىسمىغا ماس كېلىدۇ. دېتېكتورنىڭ رېزوناتور قۇرۇلمىسى سۈرئەت تەلىپىگە ماس كېلىدۇ، يۇتۇش قەۋىتىنىڭ قېلىنلىقىنى ناھايىتى نېپىز قىلغىلى بولىدۇ، بىر قانچە قېتىم ئەكس ئەتتۈرۈلگەندىن كېيىن ئېلېكتروننىڭ كۋانت ئۈنۈمى ئاشىدۇ.

(6) قىر بىلەن تۇتاشتۇرۇلغان دولقۇن يېتەكلىگۈچ قۇرۇلمىسى (WG-APD)
يۇتۇش قەۋىتى قېلىنلىقىنىڭ ئۈسكۈنە سۈرئىتى ۋە كۋانت ئۈنۈمىگە بولغان ئوخشىمايدىغان تەسىرىنىڭ زىددىيەتلىكلىكىنى ھەل قىلىشنىڭ يەنە بىر چارىسى گىرۋەك بىلەن تۇتاشتۇرۇلغان دولقۇن يېتەكلىگۈچ قۇرۇلمىسىنى كىرگۈزۈشتىن ئىبارەت. بۇ قۇرۇلما يان تەرەپتىن نۇرغا كىرىدۇ، چۈنكى يۇتۇش قەۋىتى ناھايىتى ئۇزۇن، يۇقىرى كۋانت ئۈنۈمىگە ئېرىشىش ئاسان، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا، يۇتۇش قەۋىتىنى ناھايىتى نېپىز قىلىپ ياسىغىلى بولىدۇ، بۇ توشۇغۇچىنىڭ ئۆتۈش ۋاقتىنى قىسقارتىدۇ. شۇڭلاشقا، بۇ قۇرۇلما بەلۋاغ كەڭلىكى ۋە ئۈنۈمىنىڭ يۇتۇش قەۋىتىنىڭ قېلىنلىقىغا بولغان ئوخشىمايدىغان باغلىنىش مەسىلىسىنى ھەل قىلىدۇ، ھەمدە يۇقىرى سۈرئەت ۋە يۇقىرى كۋانت ئۈنۈمىگە ئېرىشىشى مۆلچەرلەنمەكتە. WG-APD جەريانى RCE APD غا قارىغاندا ئاددىي بولۇپ، DBR ئەينىكىنىڭ مۇرەككەپ تەييارلىق جەريانىنى يوقىتىدۇ. شۇڭا، ئۇ ئەمەلىي ساھەدە تېخىمۇ ئەمەلىي ۋە ئورتاق تۈزلەڭلىك ئوپتىكىلىق ئۇلىنىشقا ماس كېلىدۇ.

3. خۇلاسە
قار كۆچۈشىنىڭ تەرەققىياتىفوتودېتېكتورماتېرىياللار ۋە ئۈسكۈنىلەر تەكشۈرۈلدى. InP ماتېرىياللىرىنىڭ ئېلېكترون ۋە تۆشۈك سوقۇلۇش ئىئونلىشىش سۈرئىتى InAlAs نىڭكىگە يېقىن، بۇ ئىككى توشۇغۇچى سىمبىئوننىڭ قوش جەريانىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ، بۇ قار كۆچۈشىنىڭ شەكىللىنىش ۋاقتىنى ئۇزارتىدۇ ۋە شاۋقۇننى ئاشۇرىدۇ. ساپ InAlAs ماتېرىياللىرىغا سېلىشتۇرغاندا، InGaAs (P) /InAlAs ۋە In (Al) GaAs /InAlAs كۋانت قۇدۇق قۇرۇلمىسىنىڭ سوقۇلۇش ئىئونلىشىش كوئېففىتسېنتى نىسبىتى يۇقىرى، شۇڭا شاۋقۇن ئىقتىدارىنى زور دەرىجىدە ئۆزگەرتكىلى بولىدۇ. قۇرۇلما جەھەتتىن، ئۈسكۈنە سۈرئىتى ۋە كۋانت ئۈنۈمىگە يۇتۇش قەۋىتى قېلىنلىقىنىڭ ئوخشىمايدىغان تەسىرىنىڭ زىددىيەتلىرىنى ھەل قىلىش ئۈچۈن، رېزوناتور كۈچەيتىلگەن (RCE) SAGCM قۇرۇلمىسى ۋە گىرۋەك بىلەن تۇتاشتۇرۇلغان دولقۇن يېتەكلىگۈچ قۇرۇلمىسى (WG-APD) تەرەققىي قىلدۇرۇلدى. جەرياننىڭ مۇرەككەپلىكى سەۋەبىدىن، بۇ ئىككى قۇرۇلمىنىڭ تولۇق ئەمەلىي قوللىنىلىشىنى تېخىمۇ چوڭقۇر تەتقىق قىلىش كېرەك.