हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (एपीडी फोटोडिटेक्टर) चे तत्व आणि सध्याची परिस्थिती भाग दोन

तत्व आणि सध्याची परिस्थितीहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (एपीडी फोटोडिटेक्टर) भाग दोन

२.२ एपीडी चिप रचना
वाजवी चिप रचना ही उच्च कार्यक्षमता असलेल्या उपकरणांची मूलभूत हमी आहे. APD ची स्ट्रक्चरल रचना प्रामुख्याने RC वेळ स्थिरांक, हेटेरोजंक्शनवर होल कॅप्चर, डिप्लेशन रिजनमधून कॅरियर ट्रान्झिट वेळ इत्यादींचा विचार करते. त्याच्या संरचनेचा विकास खाली सारांशित केला आहे:

(१) मूलभूत रचना
सर्वात सोपी APD रचना PIN फोटोडायोडवर आधारित आहे, P क्षेत्र आणि N क्षेत्र मोठ्या प्रमाणात डोप केलेले आहेत, आणि N-प्रकार किंवा P-प्रकार दुप्पट-प्रतिरोधक प्रदेश शेजारील P क्षेत्र किंवा N प्रदेशात दुय्यम इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र जोड्या निर्माण करण्यासाठी सादर केला जातो, जेणेकरून प्राथमिक फोटोकरंटचे प्रवर्धन साध्य होईल. InP मालिका सामग्रीसाठी, छिद्र प्रभाव आयनीकरण गुणांक इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण गुणांकापेक्षा जास्त असल्याने, N-प्रकार डोपिंगचा लाभ क्षेत्र सहसा P प्रदेशात ठेवला जातो. आदर्श परिस्थितीत, केवळ छिद्रे लाभ प्रदेशात इंजेक्ट केली जातात, म्हणून या संरचनेला छिद्र-इंजेक्टेड रचना म्हणतात.

(२) शोषण आणि वाढ वेगळे केले जाते
InP च्या विस्तृत बँड गॅप वैशिष्ट्यांमुळे (InP 1.35eV आहे आणि InGaAs 0.75eV आहे), InP सहसा गेन झोन मटेरियल म्हणून आणि InGaAs शोषण झोन मटेरियल म्हणून वापरले जाते.

(३) अनुक्रमे शोषण, प्रवणता आणि लाभ (SAGM) संरचना प्रस्तावित आहेत.
सध्या, बहुतेक व्यावसायिक APD उपकरणे InP/InGaAs मटेरियल वापरतात, InGaAs हे शोषण थर म्हणून, InP हे उच्च विद्युत क्षेत्राखाली (>5x105V/cm) ब्रेकडाउनशिवाय, ते गेन झोन मटेरियल म्हणून वापरले जाऊ शकते. या मटेरियलसाठी, या APD ची रचना अशी आहे की छिद्रांच्या टक्करमुळे N-प्रकार InP मध्ये हिमस्खलन प्रक्रिया तयार होते. InP आणि InGaAs मधील बँड गॅपमधील मोठा फरक लक्षात घेता, व्हॅलेन्स बँडमध्ये सुमारे 0.4eV च्या ऊर्जा पातळीतील फरकामुळे InGaAs शोषण थरात निर्माण होणारे छिद्र InP गुणक थरापर्यंत पोहोचण्यापूर्वी हेटेरोजंक्शनच्या काठावर अडथळा निर्माण करतात आणि वेग खूप कमी होतो, परिणामी प्रतिसाद वेळ जास्त असतो आणि या APD चा बँडविड्थ अरुंद होतो. दोन मटेरियलमध्ये InGaAsP संक्रमण थर जोडून ही समस्या सोडवता येते.

(४) अनुक्रमे शोषण, ग्रेडियंट, चार्ज आणि गेन (SAGCM) संरचना प्रस्तावित आहेत.
शोषण थर आणि लाभ थराचे विद्युत क्षेत्र वितरण अधिक समायोजित करण्यासाठी, उपकरणाच्या डिझाइनमध्ये चार्ज थर समाविष्ट केला जातो, ज्यामुळे उपकरणाची गती आणि प्रतिसादक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारते.

(५) रेझोनेटर एन्हांस्ड (RCE) SAGCM स्ट्रक्चर
पारंपारिक डिटेक्टरच्या वरील इष्टतम डिझाइनमध्ये, आपल्याला हे सत्य समजले पाहिजे की शोषण थराची जाडी ही उपकरणाच्या गती आणि क्वांटम कार्यक्षमतेसाठी एक विरोधाभासी घटक आहे. शोषक थराची पातळ जाडी वाहक संक्रमण वेळ कमी करू शकते, म्हणून मोठी बँडविड्थ मिळवता येते. तथापि, त्याच वेळी, उच्च क्वांटम कार्यक्षमता मिळविण्यासाठी, शोषण थराची पुरेशी जाडी असणे आवश्यक आहे. या समस्येचे निराकरण रेझोनंट कॅव्हिटी (RCE) रचना असू शकते, म्हणजेच, वितरित ब्रॅग रिफ्लेक्टर (DBR) डिव्हाइसच्या तळाशी आणि वरच्या बाजूला डिझाइन केलेले आहे. DBR मिररमध्ये कमी अपवर्तक निर्देशांक आणि संरचनेत उच्च अपवर्तक निर्देशांक असलेले दोन प्रकारचे साहित्य असते आणि ते दोन्ही आळीपाळीने वाढतात आणि प्रत्येक थराची जाडी अर्धसंवाहकातील घटना प्रकाश तरंगलांबी 1/4 पूर्ण करते. डिटेक्टरची रेझोनेटर रचना गती आवश्यकता पूर्ण करू शकते, शोषण थराची जाडी खूप पातळ केली जाऊ शकते आणि अनेक परावर्तनांनंतर इलेक्ट्रॉनची क्वांटम कार्यक्षमता वाढविली जाते.

(६) एज-कपल्ड वेव्हगाइड स्ट्रक्चर (WG-APD)
उपकरणाच्या गती आणि क्वांटम कार्यक्षमतेवर शोषण थर जाडीच्या वेगवेगळ्या परिणामांचा विरोधाभास सोडवण्यासाठी आणखी एक उपाय म्हणजे एज-कपल्ड वेव्हगाइड स्ट्रक्चर सादर करणे. ही रचना बाजूने प्रकाशात प्रवेश करते, कारण शोषण थर खूप लांब आहे, उच्च क्वांटम कार्यक्षमता प्राप्त करणे सोपे आहे आणि त्याच वेळी, शोषण थर खूप पातळ केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे वाहक संक्रमण वेळ कमी होतो. म्हणून, ही रचना शोषण थराच्या जाडीवर बँडविड्थ आणि कार्यक्षमतेचे वेगवेगळे अवलंबित्व सोडवते आणि उच्च दर आणि उच्च क्वांटम कार्यक्षमता APD प्राप्त करण्याची अपेक्षा आहे. WG-APD ची प्रक्रिया RCE APD पेक्षा सोपी आहे, जी DBR मिररची जटिल तयारी प्रक्रिया दूर करते. म्हणून, ते व्यावहारिक क्षेत्रात अधिक व्यवहार्य आहे आणि सामान्य विमान ऑप्टिकल कनेक्शनसाठी योग्य आहे.

३. निष्कर्ष
हिमस्खलनाचा विकासफोटोडिटेक्टरसाहित्य आणि उपकरणांचा आढावा घेतला जातो. InP पदार्थांचे इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र टक्कर आयनीकरण दर InAlAs च्या जवळ असतात, ज्यामुळे दोन वाहक प्रतीकांची दुहेरी प्रक्रिया होते, ज्यामुळे हिमस्खलन बांधणीचा वेळ जास्त होतो आणि आवाज वाढतो. शुद्ध InAlAs पदार्थांच्या तुलनेत, InGaAs (P) /InAlAs आणि In (Al) GaAs/InAlAs क्वांटम वेल स्ट्रक्चर्समध्ये टक्कर आयनीकरण गुणांकांचे प्रमाण वाढते, त्यामुळे आवाज कामगिरी मोठ्या प्रमाणात बदलू शकते. संरचनेच्या बाबतीत, डिव्हाइस गती आणि क्वांटम कार्यक्षमतेवर शोषण थर जाडीच्या वेगवेगळ्या प्रभावांच्या विरोधाभासांचे निराकरण करण्यासाठी रेझोनेटर एन्हांस्ड (RCE) SAGCM स्ट्रक्चर आणि एज-कपल्ड वेव्हगाइड स्ट्रक्चर (WG-APD) विकसित केले आहेत. प्रक्रियेच्या जटिलतेमुळे, या दोन संरचनांच्या संपूर्ण व्यावहारिक अनुप्रयोगाचा अधिक शोध घेणे आवश्यक आहे.