Fotodiodo de avalanche de elétrons InAs (e-APD) Epiwafer *S

Arseneto de índio (InAs)é um dos materiais semicondutores para a fabricação de fotodiodos de avalanche infravermelhos (APDs). Em comprimentos de onda infravermelhos de ondas curtas, os APDs baseados em InAs fornecem alta eficiência de detecção devido ao seu notável bandgap direto de 0,34 eV, correspondendo a um comprimento de onda de corte de aproximadamente 3,55 µm à temperatura ambiente. Além disso, sua forte resposta espectral torna os APDs InAs detectores promissores para sensoriamento remoto de gases atmosféricos comuns, como metano em 1,67 µm e 3,4 µm, e dióxido de carbono em 2 µm. Os wafers epitaxiais de fotodiodo de avalanche de elétrons InAs (e-APD) estão disponíveis com as seguintes estruturas para referência:

1. Estruturas epitaxiais de fotodiodo de avalanche de elétrons baseadas em InAs

Estrutura de fotodiodo de elétron tipo avalanche de pino No.1

Estrutura de fotodiodo de avalanche de elétrons tipo nip No.2

2. Sobre fotodiodos de avalanche de elétrons

Os fotodiodos de avalanche de elétrons (e-APDs) incorporam muitas características do APD teoricamente ideal, representando um novo tipo de fotodiodo de avalanche. Um APD ideal deve obter ganhos apenas com a ionização por impacto por um tipo de transportador. Nesta situação, a razão do coeficiente de ionização (k) dos elétrons (α) e lacunas (β) deve se aproximar de zero. Embora as condições α = 0 ou β = 0 teoricamente forneçam k = 0, apenas APDs com β = 0 foram demonstradas até agora. Esses APDs são, portanto, chamados de e-APDs, pois sua multiplicação em avalanche é inteiramente devida à ionização por impacto de elétrons. A duração máxima da resposta ao pulso dos e-APDs (igual à soma dos tempos de trânsito do elétron e do buraco através da região de multiplicação) permanece constante, independentemente do ganho operacional. Isto implica que os e-APDs, diferentemente dos APDs convencionais, não são limitados pelo produto ganho-largura de banda.

Em comparação com todos os fotodiodos de avalanche convencionais, os e-APDs oferecem três vantagens principais devido ao seu processo exclusivo de multiplicação de avalanches sem feedback:

Em primeiro lugar, o ganho de modo linear mais alto é mais facilmente alcançado porque o ganho do pino e-APD e do nip e-APD aumenta exponencialmente com o campo elétrico, em vez de sofrer a clássica quebra repentina.

Em segundo lugar, o fator de excesso de ruído (F) é minimizado no fotodiodo de avalanche de elétrons de alta eficiência, chegando muito próximo ao dos tubos fotomultiplicadores e permanecendo consistentemente abaixo de 2. Na verdade, se o espaço morto de ionização se tornar grande em relação ao comprimento médio do caminho de ionização, α−1, F pode aproximar-se do limite de 1.

Em terceiro lugar, a duração máxima da resposta ao pulso dos e-APDs permanecerá constante, independente do seu ganho operacional, igualando a soma dos tempos de trânsito de elétrons e buracos na região de multiplicação. Assim, ao contrário de todos os outros fotodiodos de avalanche, os projetos avançados de fotodiodos de avalanche de elétrons nunca estão sujeitos à limitação do produto de ganho de largura de banda.

Para aplicações de fotodiodo de avalanche de elétrons InAs, o InAs e-APD pode ser de interesse em aplicações de imagem de matriz de plano focal infravermelho porque sua baixa tensão operacional é vantajosa. Além disso, fotodiodos de avalanche iniciados por elétrons InAs podem ser aplicados em comunicação óptica sem produto de ganho de largura de banda ou detecção de fóton único.

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