सारांश: हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरची मूलभूत रचना आणि कार्य तत्त्वAPD फोटोडिटेक्टर) सादर केले आहेत, डिव्हाइस संरचनेच्या उत्क्रांती प्रक्रियेचे विश्लेषण केले आहे, सध्याच्या संशोधन स्थितीचा सारांश दिला आहे आणि APD च्या भविष्यातील विकासाचा भविष्यवेधी अभ्यास केला आहे.
१. प्रस्तावना
फोटोडिटेक्टर हे एक असे उपकरण आहे जे प्रकाशाच्या संकेतांचे विद्युत संकेतांमध्ये रूपांतर करते.सेमीकंडक्टर फोटोडिटेक्टरआपाती फोटॉनद्वारे उत्तेजित झालेला प्रकाश-निर्मित वाहक, लागू केलेल्या बायस व्होल्टेजखाली बाह्य सर्किटमध्ये प्रवेश करतो आणि एक मोजता येण्याजोगा फोटोकरंट तयार करतो. अगदी कमाल प्रतिसादक्षमतेवर सुद्धा, एक पिन फोटोडायोड जास्तीत जास्त इलेक्ट्रॉन-होलची एकच जोडी तयार करू शकतो, जे अंतर्गत गेन नसलेले उपकरण आहे. अधिक प्रतिसादक्षमतेसाठी, अव्हॅलेंच फोटोडायोड (APD) वापरला जाऊ शकतो. फोटोकरंटवरील APD चा प्रवर्धन प्रभाव आयनीकरण टक्कर प्रभावावर आधारित आहे. विशिष्ट परिस्थितीत, प्रवेगित इलेक्ट्रॉन आणि होल जाळीशी टक्कर देऊन इलेक्ट्रॉन-होलची एक नवीन जोडी तयार करण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा मिळवू शकतात. ही प्रक्रिया एक साखळी प्रतिक्रिया आहे, ज्यामुळे प्रकाश शोषणाने तयार झालेली इलेक्ट्रॉन-होलची जोडी मोठ्या संख्येने इलेक्ट्रॉन-होलच्या जोड्या तयार करू शकते आणि एक मोठा दुय्यम फोटोकरंट तयार करू शकते. त्यामुळे, APD मध्ये उच्च प्रतिसादक्षमता आणि अंतर्गत गेन असतो, ज्यामुळे उपकरणाचे सिग्नल-टू-नॉइज गुणोत्तर सुधारते. APD चा वापर प्रामुख्याने लांब पल्ल्याच्या किंवा लहान ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये केला जाईल, जिथे प्राप्त होणाऱ्या ऑप्टिकल पॉवरवर इतर मर्यादा असतात. सध्या, अनेक ऑप्टिकल उपकरण तज्ञ APD च्या भविष्याबद्दल खूप आशावादी आहेत आणि त्यांचा विश्वास आहे की संबंधित क्षेत्रांची आंतरराष्ट्रीय स्पर्धात्मकता वाढवण्यासाठी APD चे संशोधन आवश्यक आहे.
२. तांत्रिक विकासहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर(APD फोटोडिटेक्टर)
२.१ साहित्य
(1)Si फोटोडिटेक्टर
Si मटेरियल टेक्नॉलॉजी हे मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे एक परिपक्व तंत्रज्ञान आहे, परंतु ऑप्टिकल कम्युनिकेशन क्षेत्रात सर्वसाधारणपणे स्वीकारल्या जाणाऱ्या 1.31mm आणि 1.55mm तरंगलांबीच्या श्रेणीतील उपकरणे तयार करण्यासाठी ते योग्य नाही.
(2)जीई
जरी Ge APD चा स्पेक्ट्रल रिस्पॉन्स ऑप्टिकल फायबर ट्रान्समिशनमधील कमी लॉस आणि कमी डिस्पर्शनच्या गरजांसाठी योग्य असला तरी, त्याच्या निर्मिती प्रक्रियेत मोठ्या अडचणी येतात. याव्यतिरिक्त, Ge च्या इलेक्ट्रॉन आणि होल आयनीकरण दराचे गुणोत्तर १ च्या जवळ असते, त्यामुळे उच्च-कार्यक्षमतेची APD उपकरणे तयार करणे कठीण होते.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD च्या प्रकाश शोषण थरासाठी In0.53Ga0.47As आणि गुणक थरासाठी InP निवडणे ही एक प्रभावी पद्धत आहे. In0.53Ga0.47As पदार्थाचे शोषण शिखर १.६५ मिमी, १.३१ मिमी, १.५५ मिमी तरंगलांबीवर असून त्याचा शोषण गुणांक सुमारे १०४ सेमी⁻¹ आहे, ज्यामुळे सध्या प्रकाश डिटेक्टरच्या शोषण थरासाठी हा एक पसंतीचा पदार्थ आहे.
(४)InGaAs फोटोडिटेक्टर/मध्येफोटोडिटेक्टर
प्रकाश-शोषक थर म्हणून InGaAsP आणि गुणक थर म्हणून InP ची निवड करून, १-१.४ मिमी प्रतिसाद तरंगलांबी, उच्च क्वांटम कार्यक्षमता, कमी डार्क करंट आणि उच्च अव्हॅलेंच गेन असलेले APD तयार केले जाऊ शकते. वेगवेगळ्या मिश्रधातू घटकांची निवड करून, विशिष्ट तरंगलांबीसाठी सर्वोत्तम कामगिरी साध्य केली जाते.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As मटेरियलमध्ये बँड गॅप (1.47eV) आहे आणि ते 1.55mm तरंगलांबीच्या रेंजमध्ये शोषण करत नाही. शुद्ध इलेक्ट्रॉन इंजेक्शनच्या परिस्थितीत, मल्टिप्लिकेटर लेयर म्हणून InP पेक्षा पातळ In0.52Al0.48As एपिटॅक्सियल लेयर अधिक चांगली गेन वैशिष्ट्ये मिळवू शकतो, याचे पुरावे आहेत.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs आणि InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
पदार्थांचा आघात आयनीकरण दर हा APD च्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणारा एक महत्त्वाचा घटक आहे. निकालांवरून असे दिसून येते की InGaAs (P) /InAlAs आणि In (Al) GaAs/InAlAs सुपरलॅटिस संरचनांचा वापर करून गुणक थराचा टक्कर आयनीकरण दर सुधारला जाऊ शकतो. सुपरलॅटिस संरचनेचा वापर करून, बँड अभियांत्रिकीद्वारे वहन पट्ट आणि संयुजा पट्ट मूल्यांमधील असममित पट्ट काठ विच्छिन्नता कृत्रिमरित्या नियंत्रित केली जाऊ शकते, आणि हे सुनिश्चित केले जाते की वहन पट्ट विच्छिन्नता ही संयुजा पट्ट विच्छिन्नतेपेक्षा खूप मोठी असेल (ΔEc>>ΔEv). InGaAs स्थूल पदार्थांच्या तुलनेत, InGaAs/InAlAs क्वांटम वेल इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर (a) लक्षणीयरीत्या वाढतो, आणि इलेक्ट्रॉन व होल अतिरिक्त ऊर्जा मिळवतात. ΔEc>>ΔEv मुळे, अशी अपेक्षा केली जाऊ शकते की इलेक्ट्रॉनद्वारे मिळवलेली ऊर्जा, होल आयनीकरण दरातील होल ऊर्जेच्या योगदानापेक्षा (b) इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर खूप जास्त वाढवते. इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दराचे होल आयनीकरण दराशी असलेले गुणोत्तर (k) वाढते. त्यामुळे, सुपरलॅटिस संरचना वापरून उच्च गेन-बँडविड्थ प्रॉडक्ट (GBW) आणि कमी नॉईज कामगिरी मिळवता येते. तथापि, ही InGaAs/InAlAs क्वांटम वेल संरचना APD, जी k चे मूल्य वाढवू शकते, ऑप्टिकल रिसीव्हर्समध्ये वापरणे कठीण आहे. याचे कारण असे की, कमाल प्रतिसादक्षमतेवर परिणाम करणारा गुणक घटक हा गुणक नॉईजमुळे नव्हे, तर डार्क करंटमुळे मर्यादित असतो. या संरचनेत, डार्क करंट मुख्यत्वे अरुंद बँड गॅप असलेल्या InGaAs वेल लेयरच्या टनेलिंग परिणामामुळे निर्माण होतो, म्हणून क्वांटम वेल संरचनेच्या वेल लेयरमध्ये InGaAs ऐवजी InGaAsP किंवा InAlGaAs सारख्या रुंद-बँड गॅप चतुर्धातुक मिश्रधातूचा वापर केल्यास डार्क करंट कमी करता येतो.
पोस्ट करण्याची वेळ: १३ नोव्हेंबर २०२३