हिमस्खलन फोटोडेटेक्टर (एपीडी फोटोडेटेक्टर) भाग एक का सिद्धांत और वर्तमान स्थिति

सार: हिमस्खलन फोटोडेटेक्टर की मूल संरचना और कार्य सिद्धांत (एपीडी फोटोडेटेक्टर) पेश किया जाता है, डिवाइस संरचना की विकास प्रक्रिया का विश्लेषण किया जाता है, वर्तमान अनुसंधान स्थिति को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है, और एपीडी के भविष्य के विकास को संभावित रूप से अध्ययन किया जाता है।

1 परिचय
एक फोटोडेटेक्टर एक उपकरण है जो प्रकाश संकेतों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है। में एकअर्धचालक फोटोडेटेक्टर, घटना फोटॉन द्वारा उत्साहित फोटो-जनित वाहक लागू पूर्वाग्रह वोल्टेज के तहत बाहरी सर्किट में प्रवेश करता है और एक औसत दर्जे का फोटोक्रेन्ट बनाता है। यहां तक ​​कि अधिकतम जवाबदेही पर, एक पिन फोटोडायोड केवल इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े की एक जोड़ी का उत्पादन कर सकता है, जो कि आंतरिक लाभ के बिना एक उपकरण है। अधिक जवाबदेही के लिए, एक हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी) का उपयोग किया जा सकता है। फोटोक्रेन्ट पर एपीडी का प्रवर्धन प्रभाव आयनीकरण टकराव प्रभाव पर आधारित है। कुछ शर्तों के तहत, त्वरित इलेक्ट्रॉनों और छेद इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े की एक नई जोड़ी का उत्पादन करने के लिए जाली से टकराने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं। यह प्रक्रिया एक श्रृंखला प्रतिक्रिया है, ताकि प्रकाश अवशोषण द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े की जोड़ी बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े का उत्पादन कर सकती है और एक बड़ी माध्यमिक फोटोक्रेन्ट बना सकती है। इसलिए, एपीडी में उच्च जवाबदेही और आंतरिक लाभ है, जो डिवाइस के सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार करता है। APD मुख्य रूप से प्राप्त ऑप्टिकल पावर पर अन्य सीमाओं के साथ लंबी दूरी या छोटे ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में उपयोग किया जाएगा। वर्तमान में, कई ऑप्टिकल डिवाइस विशेषज्ञ एपीडी की संभावनाओं के बारे में बहुत आशावादी हैं, और मानते हैं कि एपीडी का अनुसंधान संबंधित क्षेत्रों की अंतर्राष्ट्रीय प्रतिस्पर्धा को बढ़ाने के लिए आवश्यक है।

2। तकनीकी विकासहिमस्खलन फोटोडेटेक्टर(एपीडी फोटोडेटेक्टर)

2.1 सामग्री
(१)सी फोटोडेटेक्टर
एसआई सामग्री प्रौद्योगिकी एक परिपक्व तकनीक है जो व्यापक रूप से माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में उपयोग की जाती है, लेकिन यह 1.31 मिमी और 1.55 मिमी की तरंग दैर्ध्य सीमा में उपकरणों की तैयारी के लिए उपयुक्त नहीं है जो आम तौर पर ऑप्टिकल संचार के क्षेत्र में स्वीकार किए जाते हैं।

(२) जीई
यद्यपि GE APD की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया ऑप्टिकल फाइबर ट्रांसमिशन में कम हानि और कम फैलाव की आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त है, तैयारी प्रक्रिया में बड़ी कठिनाइयाँ हैं। इसके अलावा, GE का इलेक्ट्रॉन और होल आयनीकरण दर अनुपात () 1 के करीब है, इसलिए उच्च-प्रदर्शन APD उपकरणों को तैयार करना मुश्किल है।

(३) in0.53ga0.47as/inp
यह APD और INP के प्रकाश अवशोषण परत के रूप में In0.53Ga0.47as को गुणक परत के रूप में चुनने के लिए एक प्रभावी तरीका है। IN0.53GA0.47AS सामग्री का अवशोषण शिखर 1.65 मिमी, 1.31 मिमी, 1.55 मिमी तरंग दैर्ध्य है, लगभग 104cm-1 उच्च अवशोषण गुणांक है, जो वर्तमान में प्रकाश डिटेक्टर की अवशोषण परत के लिए पसंदीदा सामग्री है।

(४)फोटोडेटेक्टर/मेंफोटोडिटेक्टर
INGAASP को प्रकाश अवशोषित परत और INP के रूप में गुणक परत के रूप में चुनकर, 1-1.4 मिमी की प्रतिक्रिया तरंग दैर्ध्य के साथ APD, उच्च क्वांटम दक्षता, कम अंधेरे वर्तमान और उच्च हिमस्खलन लाभ को तैयार किया जा सकता है। विभिन्न मिश्र धातु घटकों का चयन करके, विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के लिए सबसे अच्छा प्रदर्शन प्राप्त किया जाता है।

(५) इंगस/इनालास
IN0.52AL0.48AS सामग्री में एक बैंड गैप (1.47EV) होता है और यह 1.55 मिमी की तरंग दैर्ध्य सीमा पर अवशोषित नहीं होता है। इस बात के सबूत हैं कि पतली IN0.52AL0.48AS एपिटैक्सियल परत शुद्ध इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन की स्थिति के तहत एक गुणक परत के रूप में INP की तुलना में बेहतर लाभ विशेषताओं को प्राप्त कर सकती है।

(६) इंगस/इंगस (पी)/इनालास और इंगस/इन (अल) गास/इनालास
सामग्री का प्रभाव आयनीकरण दर एपीडी के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। परिणाम बताते हैं कि गुणक परत की टक्कर आयनीकरण दर को Ingaas (p) /inalas और in (al) Gaas /inalas सुपरलैटिस संरचनाओं को पेश करके सुधार किया जा सकता है। सुपरलैटिस संरचना का उपयोग करके, बैंड इंजीनियरिंग कृत्रिम रूप से चालन बैंड और वैलेंस बैंड मूल्यों के बीच असममित बैंड एज डिसकंटिनिटी को नियंत्रित कर सकता है, और यह सुनिश्चित कर सकता है कि चालन बैंड डिसकंटिनिटी वैलेंस बैंड डिसकंटिनिटी (ΔEC >> ΔEV) की तुलना में बहुत बड़ा है। Ingaas बल्क सामग्री के साथ तुलना में, Ingaas/inalas quantum अच्छी तरह से इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर (A) में काफी वृद्धि हुई है, और इलेक्ट्रॉनों और छेद अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं। ΔEC >> ΔEV के कारण, यह उम्मीद की जा सकती है कि इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्राप्त ऊर्जा इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर को छेद आयनीकरण दर (बी) में छेद ऊर्जा के योगदान से बहुत अधिक बढ़ाती है। होल आयनीकरण दर के लिए इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर का अनुपात (k) बढ़ता है। इसलिए, उच्च लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद (GBW) और कम शोर प्रदर्शन को सुपरलैटिस संरचनाओं को लागू करके प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि, यह INGAAS/INALAS क्वांटम अच्छी तरह से संरचना APD, जो K मान को बढ़ा सकता है, ऑप्टिकल रिसीवर पर लागू करना मुश्किल है। इसका कारण यह है कि गुणक कारक जो अधिकतम जवाबदेही को प्रभावित करता है, वह डार्क करंट द्वारा सीमित है, न कि गुणक शोर। इस संरचना में, डार्क करंट मुख्य रूप से एक संकीर्ण बैंड गैप के साथ Ingaas अच्छी तरह से परत के टनलिंग प्रभाव के कारण होता है, इसलिए एक विस्तृत-बैंड गैप क्वाटरनरी मिश्र धातु की शुरूआत, जैसे कि Ingaasp या inalgaas, Ingaas के बजाय क्वांटम अच्छी तरह से संरचना की अच्छी परत डार्क करंट को दबा सकती है।