Колико је важна брзина одзива диода у оптичкој дијагностичкој опреми?

1, Технички принцип: Физичка суштина брзине одговора
Брзина одзива диоде је у суштини свеобухватан одраз процеса генерисања, преноса и рекомбинације фото генерисаних носача набоја. Када енергија фотона премаши ширину појасног размака полупроводничког материјала, електрони валентног појаса прелазе у појас проводљивости да би формирали парове електронских рупа, стварајући фотострују под дејством уграђеног-електричног поља. Овај процес укључује три кључна временска параметра:

Време генерисања носача: Због утицаја коефицијента апсорпције материјала, материјали са директним размаком појаса као што је галијум арсенид (ГаАс) могу да доврше апсорпцију фотона и генерисање носача у пикосекундама, док материјали са индиректним размаком појаса као што је силицијум захтевају наносекунде.
Време транзита носиоца: ПИН диоде скраћују пут транспорта носача до нивоа микрометара оптимизовањем унутрашње дебљине слоја, а са материјалима високе покретљивости електрона као што је индијум фосфид ИнП, време транзита се може контролисати унутар 10пс.
Ефекат капацитивности споја: Паразитни капацитет диоде ће формирати РЦ кашњење. Коришћењем хетероспојне структуре и технологије површинске пасивације, капацитивност споја може да се смањи на испод 0,1пФ, значајно побољшавајући -способност одзива високе фреквенције.
Узимајући примену Тектроник осцилоскопа у лидарском тестирању као пример, његова лавинска фотодиода (АПД) може да постигне време одзива од 0,5 нс на таласној дужини од 1550 нм преко унутрашњег механизма појачања и може прецизно да ухвати- време путовања наносекундног ласерског импулса са 20 ГХз пропусним опсегом да обезбеди да систем пропусног опсега од 20 ГХз може да обезбеди ниво пропусног опсега од центиметара како би ос. прецизност на удаљености од 200м.

2, сценарио примене: Брзина одређује ефикасност система
1. Испитивање индустријске аутоматизације
У детекцији површинских дефекта 3Ц производа, линеарна ЦЦД камера користи низ фотодиода ИнГаАс са временом одзива од 2нс, у комбинацији са фреквенцијом скенирања линије од 100кХз, да заврши препознавање дефекта на нивоу микрометара на панелима величине А4 у року од 0,1 секунде. Компанија за паковање полупроводника је унапредила свој проток детекције плочица са 300 плочица на сат на 800 плочица на сат надоградњом на АПД сензор од 0,5 нс, што је резултирало повећањем укупне ефикасности опреме за 37% (ОЕЕ).

2. Медицинска сликовна дијагноза
У опреми ОЦТ (Оптицал Цохеренце Томограпхи), балансирани детектор усваја двоструку ПИН диодну диференцијалну структуру, постижући 15 μм аксијалну резолуцију на таласној дужини од 1310 нм са временом одзива од 0,3 нс. Након надоградње офталмолошког ОЦТ система, може се јасно разликовати десетослојна структура мрежњаче, што повећава тачност ране дијагнозе дијабетесне ретинопатије са 78% на 92%.

3. Ласерски комуникациони систем
У оптичком модулу од 100 Гбпс, ПИН диода у комбинацији са трансимпедансним појачалом (ТИА) постиже време одзива од 0,8 нс на таласној дужини од 1550 нм, обезбеђујући да је степен отварања и затварања очију већи од 80%, а стопа грешке у биту (БЕР) боља од 10 ⁻¹². Дата центар је применио ову технологију како би повећао капацитет преноса једног влакна са 40 Тбпс на 100 Тбпс, ​​смањујући потрошњу енергије јединице бита за 42%.

4. Поље мониторинга животне средине
У ЛИДАР систему за детекцију атмосфере, користи се АПД низ са временом одзива од 0,2 нс, у комбинацији са ласерским импулсима од 532 нм, за праћење дистрибуције концентрације аеросола у реалном-времену у опсегу висине од 20 км. Након надоградње своје опреме, метеоролошко одељење је продужило време предвиђања ПМ2,5 са 6 сати на 24 сата, повећавајући тачност прогнозе за 18 процентних поена.

3, Оптимизација перформанси: вишедимензионални технолошки пробој
1. Материјална иновација
Диоде засноване на галијум нитриду (ГаН) постижу одзив од 0,1 нс на таласној дужини од 405 нм, што је пет пута више од традиционалних ГаАс материјала. Примењене су у главама за читање ДВД-а плавог светла и подводној ласерској комуникацији.
Материјали за квантне тачке проширују опсег таласних дужина одзива диоде на 300-2000 нм подешавањем ширине појасног размака, испуњавајући захтеве мултиспектралне дијагнозе.

2. Оптимизација конструкције
Структура побољшана површинским плазмоном повећава ефикасност фотоелектричне конверзије за 30% кроз ефекат побољшања локализованог поља металних наночестица, уз одржавање брзине одзива од 0,5 нс.
Технологија 3Д интеграције вертикално слаже диоде са ТИА чиповима, смањујући паразитски капацитет за 60% и постижући пропусни опсег одзива модула који прелази 30 ГХз.

3. Побољшање процеса
Технологија епитаксије молекуларним снопом (МБЕ) може да контролише припрему полупроводничких слојева са равним атомским нивоом, смањујући тамну струју на 0,1 нА и побољшавајући однос сигнала{1}}/{2}}за 20 дБ.
Технологија дубоког реактивног јонског јеткања (ДРИЕ) постиже структурну обраду микро обима, смањујући капацитивност диодног споја на 0,05пФ и значајно побољшавајући карактеристике високе{1}}фреквенције.