सार: हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर की मूल संरचना और कार्य सिद्धांत (एपीडी फोटोडिटेक्टर) का परिचय दिया गया है, डिवाइस संरचना की विकास प्रक्रिया का विश्लेषण किया गया है, वर्तमान शोध स्थिति का सारांश दिया गया है, और एपीडी के भविष्य के विकास का संभावित अध्ययन किया गया है।
1 परिचय
फोटो डिटेक्टर एक ऐसा उपकरण है जो प्रकाश संकेतों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है।अर्धचालक फोटो डिटेक्टर, घटना फोटॉन द्वारा उत्तेजित फोटो-जनरेटेड वाहक लागू बायस वोल्टेज के तहत बाहरी सर्किट में प्रवेश करता है और एक मापनीय फोटोकरंट बनाता है। अधिकतम प्रतिक्रियाशीलता पर भी, एक पिन फोटोडायोड अधिकतम केवल इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े की एक जोड़ी का उत्पादन कर सकता है, जो आंतरिक लाभ के बिना एक उपकरण है। अधिक प्रतिक्रियाशीलता के लिए, एक हिमस्खलन फोटोडायोड (APD) का उपयोग किया जा सकता है। फोटोकरंट पर APD का प्रवर्धन प्रभाव आयनीकरण टक्कर प्रभाव पर आधारित है। कुछ शर्तों के तहत, त्वरित इलेक्ट्रॉन 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 चेन रिएक्शन है, जिससे प्रकाश अवशोषण द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े की जोड़ी बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े का उत्पादन कर सकती है और एक बड़ा माध्यमिक फोटोकरंट बना सकती है। इसलिए, APD में उच्च प्रतिक्रियाशीलता और आंतरिक लाभ होता है, जो डिवाइस के सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार करता है। APD का उपयोग मुख्य रूप से लंबी दूरी या छोटे ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में प्राप्त ऑप्टिकल पावर पर अन्य सीमाओं के साथ किया जाएगा। वर्तमान में, कई ऑप्टिकल डिवाइस विशेषज्ञ एपीडी की संभावनाओं के बारे में बहुत आशावादी हैं, और मानते हैं कि संबंधित क्षेत्रों की अंतर्राष्ट्रीय प्रतिस्पर्धात्मकता को बढ़ाने के लिए एपीडी का अनुसंधान आवश्यक है।
2. तकनीकी विकासहिमस्खलन फोटो डिटेक्टर(एपीडी फोटोडिटेक्टर)
2.1 सामग्री
(1)Si फोटोडिटेक्टर
Si सामग्री प्रौद्योगिकी एक परिपक्व तकनीक है जिसका व्यापक रूप से माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, लेकिन यह 1.31 मिमी और 1.55 मिमी की तरंग दैर्ध्य रेंज में उपकरणों की तैयारी के लिए उपयुक्त नहीं है जो आमतौर पर ऑप्टिकल संचार के क्षेत्र में स्वीकार किए जाते हैं।
(2)जीई
हालांकि जीई एपीडी की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया ऑप्टिकल फाइबर ट्रांसमिशन में कम नुकसान और कम फैलाव की आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त है, लेकिन तैयारी प्रक्रिया में बड़ी कठिनाइयां हैं। इसके अलावा, जीई का इलेक्ट्रॉन और छेद आयनीकरण दर अनुपात () 1 के करीब है, इसलिए उच्च प्रदर्शन वाले एपीडी उपकरणों को तैयार करना मुश्किल है।
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD की प्रकाश अवशोषण परत के रूप में In0.53Ga0.47As और गुणक परत के रूप में InP का चयन करना एक प्रभावी तरीका है। In0.53Ga0.47As सामग्री का अवशोषण शिखर 1.65 मिमी, 1.31 मिमी, 1.55 मिमी तरंग दैर्ध्य लगभग 104 सेमी -1 उच्च अवशोषण गुणांक है, जो वर्तमान में प्रकाश डिटेक्टर की अवशोषण परत के लिए पसंदीदा सामग्री है।
(4)InGaAs फोटोडिटेक्टर/मेंफोटोडिटेक्टर
InGaAsP को प्रकाश अवशोषित परत के रूप में और InP को गुणक परत के रूप में चुनकर, 1-1.4 मिमी की प्रतिक्रिया तरंगदैर्ध्य, उच्च क्वांटम दक्षता, कम डार्क करंट और उच्च हिमस्खलन लाभ के साथ APD तैयार किया जा सकता है। विभिन्न मिश्र धातु घटकों का चयन करके, विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के लिए सर्वोत्तम प्रदर्शन प्राप्त किया जाता है।
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As सामग्री में बैंड गैप (1.47eV) होता है और यह 1.55 मिमी की तरंगदैर्ध्य सीमा पर अवशोषित नहीं होता है। इस बात के प्रमाण हैं कि पतली In0.52Al0.48As एपिटैक्सियल परत शुद्ध इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन की स्थिति के तहत गुणक परत के रूप में InP की तुलना में बेहतर लाभ विशेषताएँ प्राप्त कर सकती है।
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs और InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
सामग्रियों की प्रभाव आयनीकरण दर APD के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। परिणाम दर्शाते हैं कि गुणक परत की टक्कर आयनीकरण दर को InGaAs (P) /InAlAs और In (Al) GaAs/InAlAs सुपरलैटिस संरचनाओं को पेश करके सुधारा जा सकता है। सुपरलैटिस संरचना का उपयोग करके, बैंड इंजीनियरिंग चालन बैंड और वैलेंस बैंड मानों के बीच असममित बैंड एज असंततता को कृत्रिम रूप से नियंत्रित कर सकती है, और यह सुनिश्चित कर सकती है कि चालन बैंड असंततता वैलेंस बैंड असंततता (ΔEc>>ΔEv) से बहुत बड़ी है। InGaAs बल्क सामग्रियों की तुलना में, InGaAs/InAlAs क्वांटम वेल इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर (a) में काफी वृद्धि हुई है, और इलेक्ट्रॉन और छिद्र 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 (b) में छेद ऊर्जा के योगदान की तुलना में बहुत अधिक बढ़ाती है। इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर और होल आयनीकरण दर का अनुपात (k) बढ़ता है। इसलिए, सुपरलैटिस संरचनाओं को लागू करके उच्च लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद (GBW) और कम शोर प्रदर्शन प्राप्त किया जा सकता है। हालाँकि, यह InGaAs/InAlAs क्वांटम वेल संरचना APD, जो k मान को बढ़ा सकती है, ऑप्टिकल रिसीवर पर लागू करना मुश्किल है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अधिकतम प्रतिक्रियाशीलता को प्रभावित करने वाला गुणक कारक डार्क करंट द्वारा सीमित होता है, न कि गुणक शोर द्वारा। इस संरचना में, डार्क करंट मुख्य रूप से संकीर्ण बैंड गैप वाली InGaAs वेल लेयर के टनलिंग प्रभाव के कारण होता है, इसलिए क्वांटम वेल संरचना की वेल लेयर के रूप में InGaAs के बजाय InGaAsP या InAlGaAs जैसे वाइड-बैंड गैप क्वाटरनेरी मिश्र धातु की शुरूआत डार्क करंट को दबा सकती है।
पोस्ट करने का समय: नवम्बर-13-2023