हिमस्खलन फोटोडेटेक्टर (एपीडी फोटोडेटेक्टर) भाग एक तत्त्व आणि सध्याची परिस्थिती

सारांश: हिमस्खलन फोटोडेटेक्टरची मूलभूत रचना आणि कार्यरत तत्त्व (एपीडी फोटोडेटेक्टर) सादर केले गेले आहेत, डिव्हाइस संरचनेच्या उत्क्रांती प्रक्रियेचे विश्लेषण केले जाते, सध्याच्या संशोधन स्थितीचा सारांश आहे आणि एपीडीच्या भविष्यातील विकासाचा संभाव्य अभ्यास केला जातो.

1. परिचय
फोटोडेटेक्टर एक डिव्हाइस आहे जे प्रकाश सिग्नलला इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करते. मध्ये मध्येसेमीकंडक्टर फोटोडेटेक्टर, घटनेने उत्साही फोटो-व्युत्पन्न वाहक फोटॉनने लागू केलेल्या बायस व्होल्टेज अंतर्गत बाह्य सर्किटमध्ये प्रवेश केला आणि मोजण्यायोग्य फोटोकॉरंट तयार केला. जरी जास्तीत जास्त प्रतिसादात, एक पिन फोटोडिओड केवळ इलेक्ट्रॉन-होल जोड्यांची जोडी तयार करू शकतो, जो अंतर्गत नफा नसलेले डिव्हाइस आहे. अधिक प्रतिसादासाठी, एक हिमस्खलन फोटोडिओड (एपीडी) वापरला जाऊ शकतो. फोटोकॉरंटवरील एपीडीचा प्रवर्धन प्रभाव आयनीकरण टक्कर प्रभावावर आधारित आहे. विशिष्ट परिस्थितीत, प्रवेगक इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांमुळे इलेक्ट्रॉन-होल जोड्यांची नवीन जोडी तयार करण्यासाठी जाळीशी टक्कर करण्यासाठी पुरेशी उर्जा मिळू शकते. ही प्रक्रिया एक साखळी प्रतिक्रिया आहे, जेणेकरून हलके शोषणामुळे तयार झालेल्या इलेक्ट्रॉन-होल जोड्यांच्या जोडीमुळे मोठ्या संख्येने इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या तयार होतील आणि मोठ्या दुय्यम फोटोकॉरंट तयार होऊ शकतात. म्हणून, एपीडीमध्ये उच्च प्रतिसाद आणि अंतर्गत फायदे आहेत, जे डिव्हाइसचे सिग्नल-टू-आवाज प्रमाण सुधारते. एपीडी प्रामुख्याने प्राप्त ऑप्टिकल पॉवरवरील इतर मर्यादांसह लांब पल्ल्याच्या किंवा लहान ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टममध्ये वापरला जाईल. सध्या, बरेच ऑप्टिकल डिव्हाइस तज्ञ एपीडीच्या संभाव्यतेबद्दल खूप आशावादी आहेत आणि असा विश्वास आहे की संबंधित क्षेत्रांची आंतरराष्ट्रीय स्पर्धात्मकता वाढविण्यासाठी एपीडीचे संशोधन आवश्यक आहे.

2. तांत्रिक विकासहिमस्खलन फोटोडेटेक्टर(एपीडी फोटोडेटेक्टर)

2.1 साहित्य
(1)सी फोटोडेटेक्टर
एसआय मटेरियल टेक्नॉलॉजी हे एक परिपक्व तंत्रज्ञान आहे जे मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणात वापरले जाते, परंतु ऑप्टिकल संप्रेषणाच्या क्षेत्रात सामान्यतः स्वीकारल्या जाणार्‍या 1.31 मिमी आणि 1.55 मिमीच्या तरंगलांबी श्रेणीतील डिव्हाइस तयार करण्यासाठी ते योग्य नाही.

(२) जी
जरी जीई एपीडीचा वर्णक्रमीय प्रतिसाद ऑप्टिकल फायबर ट्रान्समिशनमध्ये कमी तोटा आणि कमी फैलावण्याच्या आवश्यकतेसाठी योग्य आहे, परंतु तयारी प्रक्रियेत मोठ्या अडचणी आहेत. याव्यतिरिक्त, जीईचे इलेक्ट्रॉन आणि होल आयनीकरण दर प्रमाण () 1 च्या जवळ आहे, म्हणून उच्च-कार्यक्षमता एपीडी डिव्हाइस तयार करणे कठीण आहे.

(3) in0.53ga0.47as/Inp
एपीडी आणि आयएनपीचा प्रकाश शोषक स्तर म्हणून गुणक थर म्हणून IN0.53GA0.47 एएस निवडण्याची ही एक प्रभावी पद्धत आहे. IN0.53GA0.47AS सामग्रीचे शोषण शिखर 1.65 मिमी, 1.31 मिमी, 1.55 मिमी तरंगलांबी सुमारे 104 सेमी -1 उच्च शोषक गुणांक आहे, जे सध्या प्रकाश डिटेक्टरच्या शोषण थरासाठी प्राधान्य दिले जाणारे सामग्री आहे.

(4)इनगास फोटोडेटेक्टर/मध्येफोटोडेटेक्टर
लाइट शोषक थर म्हणून आयएनजीएएसएएसपी निवडून, गुणक थर म्हणून आयएनपी, 1-1.4 मिमीच्या प्रतिसाद तरंगलांबीसह एपीडी, उच्च क्वांटम कार्यक्षमता, कमी गडद चालू आणि उच्च हिमस्खलन गेन तयार केले जाऊ शकते. भिन्न मिश्र धातु घटकांची निवड करून, विशिष्ट तरंगलांबींसाठी उत्कृष्ट कामगिरी केली जाते.

()) इनगास/इनलास
IN0.52AL0.48AS मटेरियलमध्ये बँड गॅप (1.47EV) आहे आणि 1.55 मिमीच्या तरंगलांबी श्रेणीमध्ये शोषून घेत नाही. असा पुरावा आहे की पातळ IN0.52AL0.48 एपीटॅक्सियल लेयर शुद्ध इलेक्ट्रॉन इंजेक्शनच्या स्थितीत गुणाकार थर म्हणून आयएनपीपेक्षा चांगल्या फायद्याची वैशिष्ट्ये मिळवू शकतो.

.
सामग्रीचा प्रभाव आयनीकरण दर एपीडीच्या कामगिरीवर परिणाम करणारा एक महत्त्वाचा घटक आहे. परिणाम दर्शविते की गुणक थरातील टक्कर आयनीकरण दर आयएनजीएएस (पी) /इनलास आणि (एएल) जीएएएस /इनलास सुपरलॅटीस स्ट्रक्चर्सची ओळख करुन सुधारला जाऊ शकतो. सुपरलॅटीस स्ट्रक्चरचा वापर करून, बँड अभियांत्रिकी कृत्रिमरित्या वाहक बँड आणि व्हॅलेन्स बँड व्हॅल्यूज दरम्यान असममित बँड एज विच्छेदन नियंत्रित करू शकते आणि हे सुनिश्चित करते की वॅलेन्स बँड विघटन (ΔEC >> ΔEV) पेक्षा कंडक्शन बँड विसंगती बरेच मोठे आहे. इनगास बल्क मटेरियलच्या तुलनेत, आयएनजीएएस/इनलास क्वांटम वेल इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर (ए) मध्ये लक्षणीय वाढ झाली आहे आणि इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांना अतिरिक्त ऊर्जा मिळते. ΔEC >> ΔEV कारण, अशी अपेक्षा केली जाऊ शकते की इलेक्ट्रॉनद्वारे मिळवलेल्या उर्जेमुळे इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर वाढेल आणि छिद्र आयनीकरण दर (बी) मध्ये होल एनर्जीच्या योगदानापेक्षा बरेच काही वाढते. इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर ते होल आयनीकरण दराचे प्रमाण (के) वाढते. म्हणूनच, सुपरलॅटीस स्ट्रक्चर्स लागू करून उच्च गेन-बँडविड्थ उत्पादन (जीबीडब्ल्यू) आणि कमी आवाजाची कार्यक्षमता मिळू शकते. तथापि, हे इनगास/इनलास क्वांटम वेल स्ट्रक्चर एपीडी, जे के मूल्य वाढवू शकते, ऑप्टिकल रिसीव्हर्सना लागू करणे कठीण आहे. हे असे आहे कारण जास्तीत जास्त प्रतिसादावर परिणाम करणारे गुणक घटक गडद करंटद्वारे मर्यादित आहेत, गुणक आवाज नव्हे. या संरचनेत, गडद प्रवाह प्रामुख्याने अरुंद बँड गॅपसह इनगास विहीर थरच्या बोगद्याच्या परिणामामुळे होतो, म्हणून क्वांटम वेल रचनेचा विहिरीचा थर म्हणून इनगॅस किंवा इनलगास सारख्या वाइड-बँड अंतर क्वाटरनरी मिश्र धातुची ओळख गडद प्रवाह दडपू शकते.