हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (APD फोटोडिटेक्टर) चे तत्व आणि सद्यस्थिती भाग दोन

चे तत्व आणि सध्याची परिस्थितीहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (एपीडी फोटोडिटेक्टर) भाग दोन

2.2 APD चिप रचना
वाजवी चिप रचना ही उच्च कार्यक्षमता असलेल्या उपकरणांची मूलभूत हमी आहे. APD च्या स्ट्रक्चरल डिझाईनमध्ये प्रामुख्याने RC टाइम कॉन्स्टंट, हेटरोजंक्शनवर होल कॅप्चर, डिप्लेशन क्षेत्राद्वारे वाहक ट्रान्झिट वेळ इत्यादींचा विचार केला जातो. त्याच्या संरचनेचा विकास खाली सारांशित केला आहे:

(1) मूलभूत रचना
सर्वात सोपी APD रचना पिन फोटोडायोडवर आधारित आहे, P क्षेत्र आणि N क्षेत्र मोठ्या प्रमाणात डोप केलेले आहेत आणि दुय्यम इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र निर्माण करण्यासाठी N-प्रकार किंवा P-प्रकार दुप्पट-प्रतिरोधक प्रदेश जवळच्या P क्षेत्र किंवा N प्रदेशात सादर केला जातो. जोड्या, जेणेकरुन प्राथमिक फोटोकरंटचे प्रवर्धन लक्षात येईल. InP मालिका सामग्रीसाठी, कारण छिद्र प्रभाव आयनीकरण गुणांक इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण गुणांकापेक्षा जास्त आहे, N-प्रकार डोपिंगचा लाभ क्षेत्र सामान्यतः P क्षेत्रामध्ये ठेवला जातो. आदर्श परिस्थितीत, लाभक्षेत्रात फक्त छिद्रे टोचली जातात, म्हणून या संरचनेला होल-इंजेक्टेड रचना म्हणतात.

(२) शोषण आणि लाभ वेगळे आहेत
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, ग्रेडियंट आणि गेन (एसएजीएम) संरचना प्रस्तावित आहेत.
सध्या, बहुतेक व्यावसायिक APD उपकरणे InP/InGaAs मटेरियल वापरतात, InGaAs शोषण थर म्हणून, InP उच्च विद्युत क्षेत्राखाली (>5x105V/cm) ब्रेकडाउनशिवाय, गेन झोन सामग्री म्हणून वापरली जाऊ शकते. या सामग्रीसाठी, या एपीडीची रचना अशी आहे की एन-टाइप इनपीमध्ये छिद्रांच्या टक्कराने 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 स्तरामध्ये निर्माण होणारी छिद्रे InP गुणक थरापर्यंत पोहोचण्यापूर्वी हेटरोजंक्शन काठावर अडथळा निर्माण करतात आणि वेग मोठ्या प्रमाणात वाढतो. कमी झाले, परिणामी या APD ची दीर्घ प्रतिसाद वेळ आणि अरुंद बँडविड्थ. दोन सामग्रीमध्ये InGaAsP संक्रमण स्तर जोडून ही समस्या सोडवली जाऊ शकते.

(4) अनुक्रमे शोषण, ग्रेडियंट, चार्ज आणि गेन (SAGCM) संरचना प्रस्तावित आहेत.
शोषण स्तर आणि लाभ स्तराचे इलेक्ट्रिक फील्ड वितरण अधिक समायोजित करण्यासाठी, चार्ज लेयर डिव्हाइस डिझाइनमध्ये सादर केले जाते, जे डिव्हाइसची गती आणि प्रतिसादात्मकता मोठ्या प्रमाणात सुधारते.

(5) रेझोनेटर वर्धित (RCE) SAGCM रचना
पारंपारिक डिटेक्टर्सच्या वरील इष्टतम डिझाइनमध्ये, आम्हाला या वस्तुस्थितीला सामोरे जावे लागेल की शोषण स्तराची जाडी डिव्हाइसची गती आणि क्वांटम कार्यक्षमतेसाठी एक विरोधाभासी घटक आहे. शोषक थराची पातळ जाडी वाहक संक्रमण वेळ कमी करू शकते, त्यामुळे मोठी बँडविड्थ मिळवता येते. तथापि, त्याच वेळी, उच्च क्वांटम कार्यक्षमता प्राप्त करण्यासाठी, शोषण स्तराची पुरेशी जाडी असणे आवश्यक आहे. या समस्येचे निराकरण रेझोनंट कॅव्हिटी (आरसीई) रचना असू शकते, म्हणजेच, डिस्ट्रिब्युटेड ब्रॅग रिफ्लेक्टर (डीबीआर) डिव्हाइसच्या तळाशी आणि शीर्षस्थानी डिझाइन केलेले आहे. DBR मिररमध्ये कमी अपवर्तक निर्देशांक आणि उच्च अपवर्तक निर्देशांक असलेली दोन प्रकारची सामग्री असते आणि ते दोन्ही आळीपाळीने वाढतात आणि प्रत्येक थराची जाडी अर्धसंवाहकातील घटना प्रकाश तरंगलांबी 1/4 पूर्ण करते. डिटेक्टरची रेझोनेटर रचना वेगाची आवश्यकता पूर्ण करू शकते, शोषण थराची जाडी खूप पातळ केली जाऊ शकते आणि अनेक प्रतिबिंबांनंतर इलेक्ट्रॉनची क्वांटम कार्यक्षमता वाढविली जाते.

(6) एज-कपल्ड वेव्हगाइड संरचना (WG-APD)
साधन गती आणि क्वांटम कार्यक्षमतेवरील शोषण थर जाडीच्या भिन्न प्रभावांच्या विरोधाभास सोडवण्याचा आणखी एक उपाय म्हणजे एज-कपल्ड वेव्हगाइड रचना सादर करणे. ही रचना बाजूने प्रकाशात प्रवेश करते, कारण शोषण थर खूप लांब आहे, उच्च क्वांटम कार्यक्षमता प्राप्त करणे सोपे आहे आणि त्याच वेळी, शोषक थर खूप पातळ केला जाऊ शकतो, वाहक संक्रमण वेळ कमी करतो. म्हणून, ही रचना बँडविड्थ आणि शोषण स्तराच्या जाडीवर कार्यक्षमतेचे भिन्न अवलंबित्व सोडवते आणि उच्च दर आणि उच्च क्वांटम कार्यक्षमता APD प्राप्त करणे अपेक्षित आहे. WG-APD ची प्रक्रिया RCE APD पेक्षा सोपी आहे, जी DBR मिररची जटिल तयारी प्रक्रिया दूर करते. म्हणून, हे व्यावहारिक क्षेत्रात अधिक व्यवहार्य आहे आणि सामान्य विमान ऑप्टिकल कनेक्शनसाठी योग्य आहे.

3. निष्कर्ष
हिमस्खलनाचा विकासफोटोडिटेक्टरसाहित्य आणि उपकरणांचे पुनरावलोकन केले जाते. InP मटेरियलचे इलेक्ट्रॉन आणि होल टक्कर आयनीकरण दर InAlAs च्या जवळ आहेत, ज्यामुळे दोन वाहक चिन्हांची दुहेरी प्रक्रिया होते, ज्यामुळे हिमस्खलन इमारत जास्त वेळ आणि आवाज वाढतो. शुद्ध InAlAs सामग्रीच्या तुलनेत, InGaAs (P) /InAlAs आणि In (Al) GaAs/InAlAs क्वांटम वेल स्ट्रक्चर्समध्ये टक्कर आयनीकरण गुणांकांचे प्रमाण वाढते, त्यामुळे आवाजाची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात बदलली जाऊ शकते. संरचनेच्या दृष्टीने, उपकरणाची गती आणि क्वांटम कार्यक्षमतेवरील शोषण थर जाडीच्या विविध प्रभावांचे विरोधाभास सोडवण्यासाठी रेझोनेटर एन्हांस्ड (RCE) SAGCM रचना आणि एज-कपल्ड वेव्हगाइड स्ट्रक्चर (WG-APD) विकसित केले आहेत. प्रक्रियेच्या जटिलतेमुळे, या दोन संरचनांच्या संपूर्ण व्यावहारिक अनुप्रयोगाचा अधिक शोध घेणे आवश्यक आहे.